Teilprojekt A2

Einfluss der Grenzfläche bei elektrochromen Schichten

Am Teilprojekt sind folgende Arbeitsgruppen beteiligt:

Elektrochrome Schichten, die als Elektroden bei Anlegen einer elektrischen Spannung in einer geeigneten elektrochemischen Zelle ihre Farbe bzw. ihr Lichtabsorptionsverhalten ändern, bilden die Basis für Technologien, die im Bereich der Energieeinsparung („smart windows“ zur Regulierung des Energieeintrags in Gebäude oder auch der Privatsphäre) zweifellos stark an Bedeutung gewinnen werden. Bestehende Ansätze leiden unter unzureichender Stabilität und recht geringer Schaltgeschwindigkeit, sicher aber auch unter zu hohen Kosten. In diesem Teilprojekt wird der Einsatz neuer Materialien untersucht, um leistungsfähigere elektrochrome Zellen entwickeln zu können. Dazu werden zum einen Schichten eingesetzt, die aufgrund ihrer hohen spezifischen Lichtabsorption eine signifikante Änderung bereits für sehr dünne und daher aufgrund kurzer Transportwege schnell schaltbare Schichten erlauben. Zum anderen wird der typischerweise verwende-te lösungsbasierte Ionenleiter durch Feststoffschichten ersetzt, die bereits bei Raumtemperatur eine ausreichend hohe Ionenleitfähigkeit aufweisen, so dass eine höhere Stabilität von Bauteilen durch Verwendung dieser Schichten erreicht werden kann.

Zur Erreichung dieser Ziele stehen die detaillierte Untersuchung des Schichtwachstums von neu zu etablierenden ionenleitenden transparenten Verbindungen auf der Basis von Lithium-Phosphor-Oxi-nitriden („LiPON“) und deren elektrische und optische Charakterisierung im Zentrum der gemeinsamen Projektarbeit. Die Etablierung der Schichtpräparation dieser quaternären Verbindung mittels Magnetron-Sputtern stellt den Ausgangspunkt dar und wird durch Hinzunahme der Elemente Si und S hin zu neuen Kontaktphasen weiter entwickelt. Neben der strukturellen und optischen Charakterisierung stehen die detaillierte spektro-elektrochemische und impedanz-analytische Untersuchung von einzelnen Schichten und Schichtabfolgen im Mittelpunkt des gemeinsamen Interesses, um die prinzipielle Eignung der Materialsysteme für Anwendungen zu untersuchen. Limitierungen durch Transportprozesse oder Grenzflächenreaktionen an Körnern in den einzelnen Schichten und/oder in den Grenzflächen unterschiedlicher Materialien in Schichtsystemen werden untersucht und geeignete Präparations- oder Konditionierungsschritte entwickelt, um diese zu überwinden und so optimierte Materialkombinationen für die Bauteilkonzeption stabil arbeitender elektrochromer "all-solid-state cells" vorschlagen zu können.