Photochrome Systeme auf dem Weg zur architektonischen Anwendung

Fraunhofer ISE stellt neueste Weiterentwicklung zu transparentem Sonnenschutz vor

Sonniges Sommerwetter bereitet nicht nur Freude. Die sommerlichen Temperaturen in Gebäuden mit großzügigen Glasfassaden und Fenstern können die Arbeitsbedingungen stark beeinträchtigen. Im Sommer ist es in Büros oft unerträglich heiß und Lichtreflexe erschweren das Arbeiten am Bildschirm. Transparenter Sonnenschutz kann hier Abhilfe schaffen, ohne den Blick aus dem Fenster zu verhindern.

Beschichtete Scheiben bieten Schutz vor Überhitzung und Blendung. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE hat jetzt seine bisherigen Arbeiten an photo-elektrochromen Fenstersystemen um einen neuen Ansatz bereichert. Das neue – photochrom genannte – System ist wesentlich einfacher in der Herstellung und damit prinzipiell sehr viel kostengünstiger. Die Energie zur Einfärbung liefert das Sonnenlicht. »Bisher wurden photochrome Effekte nur für Anwendungen wie Brillen genutzt«, erläutert die Physikerin Anneke Georg. »Mit unserer neuen Entwicklung ist nun erstmals der Einsatz als Sonnenschutz für Glasfassaden denkbar. Auch in der Automobilindustrie sehe ich für dieses System große Chancen.«

Das neuartige photochrome System reagiert auf die Beleuchtungsverhältnisse. Die Glasscheiben färben sich bei Bestrahlung automatisch ein und entfärben im Dunkeln. Der besondere Vorteil der Neuentwicklung im Vergleich zu herkömmlichen photochromen Materialien liegt in einem hohen Färbekontrast auch bei erhöhten Temperaturen. Im Gegensatz zu elektrochromen Systemen erfordern photochrome Systeme keine externe Spannungsversorgung und -regelung, da das Sonnenlicht die Energie für das Einfärben liefert. Damit entfallen die transparenten Elektroden und die Kosten für ihre Herstellung. Zudem fällt das für große Flächen technologisch aufwändige Trennen zweier Elektroden zur Vermeidung von Kurzschlüssen weg.

Die Basis für das System bilden ein Schichtsystem aus elektrochromem Wolframoxid und eine Farbstoffsolarzelle mit niedriger Farbstoffkonzentration. Unter Beleuchtung werden in der Solarzellenschicht Elektronen angeregt und in das Wolframoxid injiziert. Gleichzeitig werden Kationen aus dem Elektrolyten in die Schicht eingelagert. Dadurch färbt sich das Wolframoxid blau ein. Im Dunkeln führen Rekombinationsreaktionen, die durch den Einsatz von Katalysatoren beschleunigt werden können, zur Entfärbung.

Einfärbetiefe und Entfärbegeschwindigkeit hängen von der katalytischen Aktivität ab und können auf die jeweilige Anwendung abgestimmt werden. Erste Muster verringern ihre visuelle (solare) Transmission unter Beleuchtung mit Sonnenlicht von 1000 W/qm in 15 min von 60% (40%) auf 4% (1%). Nach 30 min im Dunkeln sind diese Muster nahezu entfärbt. Bei niedrigen Lichtintensitäten sinkt die Einfärbung, unterhalb von 100 W/m2 ist sie nur noch sehr schwach. Die Verwendung angepasster Ionenleiter bietet ein großes Potenzial, um die Schaltzeiten zu verkürzen.

Im Prinzip kann das System auch als photochrome Folie hergestellt werden, wodurch sich weitere Vorteile für die Anwendung ergeben.