Beschichtungstechnologie für effiziente Lichtsteuerung und Verdunkelung

Das Fraunhofer-Forschungszentrum für Elektromobilität FZEB arbeitet seit mehr als 15 Jahren an der Entwicklung elektrochromer Materialien und Systeme und hat neuartige Materialien, hocheffiziente und großflächige Beschichtungsverfahren sowie standardisierte Charakterisierungsmethoden entwickelt.

Structure of an electrochromic device
© Fraunhofer ISC

Elektrochrome Materialien, die in einen Schichtstapel mit leitfähigen Komponenten integriert sind, lassen sich gezielt schalten. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung (oder Strom) kommt es zu einem Ladungs- und Ionenaustausch, der die optischen Eigenschaften der Schichten verändert und sie reversibel einfärbt oder entfärbt. Dieser Effekt kann unter anderem zur effizienten Lichtsteuerung oder zum Verdunkeln von Fenstern genutzt werden.

Elektrochrome Folien und Systeme bieten innovative Lösungen für Displays, Fahrzeuge und Gebäude. In Displayanwendungen verbessern sie Kontrast und Lesbarkeit und ermöglichen eine energieeffiziente Helligkeitssteuerung. Im Bereich Transport und Architektur tragen sie durch gezielt steuerbare Lichtdurchlässigkeit zu Blendschutz, Regelung der Innenraumtemperatur und reduziertem Energieverbrauch bei der Klimatisierung bei.

Wir bieten maßgeschneiderte Lösungen und Dienstleistungen für Kunden aus verschiedenen Branchen im Bereich Displaytechnologien, smarte Folien und Verglasungssysteme.

 

Verdunkelung einer Fensterscheibe mit elektrochromer Folie

Schalten einer polymeren elektrochromen Folie (Zeitraffer-Modus)

Farbwechsel elektrochromer Dünnschicht-Elektroden

Polymere elektrochrome Elektrode

Metall-Polymer elektrochrome Elektrode

Elektrochrome Materialien und Bauteile – Leistungsspektrum

Beurteilung elektrochromer Materialien

  • Anorganische, organische und hybride Dünnschichtmaterialien
  • Chemische und physikalische Charakterisierung, z. B. Schichtwiderstand (4-Punkt-Sonde), Laserscanning und Rasterelektronenmikroskopie (LSM, SEM/EDX), Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS), IR/Raman-Spektroskopie, NMR
  • Benchmarking (Vergleichsstudien) von Kundenmaterialien mit kommerziellen Materialien auf dem neuesten Stand der Technik

Prototypenentwicklung elektrochromer Zellen

  • Herstellung elektrochromer Zellen auf Glas und Folien im Labormaßstab
  • Drei-Elektroden-Zellen zur In-situ-Charakterisierung
  • Entwicklung und Charakterisierung von Elektrolyten (z. B. flüssig, gelbasiert oder polymerbasiert)
  • Versiegelung und Verkapselung von elektrochromen Zellen
  • Prüfung von Kundenmaterialien und -komponenten in elektrochromen Zellaufbauten

Standardisierte Charakterisierung

  • Optische Methoden: UV-Vis/NIR-Spektroskopie (200–2500 nm), Kolorimetrie (L*a*b*- und ΔE-Werte), Berechnung der Durchlässigkeit für sichtbares Licht und des g-Werts (DIN EN 410), Trübung, Dunkelfeld-/Hellfeld-Bildgebung
  • Elektrochemische Methoden: zyklische Voltammetrie, galvano-/ potentiostatisches Cycling, Impedanzspektroskopie
  • (In situ / in operando) spektroelektrochemische Methoden: Kontrast, Färbungseffizienz, Stabilität, Schaltzeit, Memory-Effekt

Zyklus-/Haltbarkeitstests

  • (Beschleunigte) Zyklusmessungen
  • Haltbarkeitstests (z. B. Feuchtigkeit, Temperatur, Lichteinwirkung), Tests im Freien
  • Fehleranalyse

Prozessentwicklung

  • Nasschemische Beschichtungsverfahren (z. B. Sprüh-/Spin-/Tauchbeschichtung, Druck)
  • Rolle zu Rolle Beschichtung (Schlitzdüsenbeschichtung bis zu 500 mm)
  • Inerte Rolle zu Rolle Laminierung von elektrochromen Folien (bis zu 300 mm)
  • Entwicklung und Hochskalierung von Beschichtungsprozessen (vom Labor bis zur Pilotanlage)
  • Prozessautomatisierung
 

Innovationspreis

Ausgezeichnet vom Netzwerk
ZENIT e.V

Preis für die Entwicklung eines kostengünstigen Herstellungsverfahrens für großflächige elektrochrome Filme