Neues Verfahren für passgenaue Entspiegelungsschichten

07.06.2016 - Deutschland

Ob Brille, Windschutzscheiben, Schaufenster, Displays oder Solarzellen – so ziemlich jeder nutzt Produkte mit Antireflexbeschichtungen, ohne dass es ihm bewusst ist. Solche entspiegelnden Schichten sorgen einerseits für einen klaren Blick, andererseits kann in so beschichteten Solarzellen das Sonnenlicht nahezu komplett eingefangen werden, da es kaum noch an der Oberfläche reflektiert wird.

Diese Schichten, die für die Anwender kaum sichtbar sind, fordern Wissenschaftler auf ganz unterschiedliche Art, werden sie doch auf verschiedene Trägermaterialien, wie starrem oder flexiblem Glas und auf Kunststofffolien, aufgebracht. Das Hauptaugenmerk bei der Prozessierung der Substrate liegt bei einer ökonomisch sinnvollen Gestaltung der Beschichtungsprozesse und der genauen Anpassung der Schichteigenschaften an den jeweiligen Verwendungszweck.

Die Forscher am Fraunhofer FEP haben jetzt eine neuartige Technologie für die Erzeugung von Entspiegelungsschichten auf Glas erprobt. Dabei wird mittels eines Co-Sputter-Verfahrens zunächst eine Gradientenschicht, bestehend aus Siliziumdioxid (SiO₂) und einer weiteren Hilfskomponente auf Glas abgeschieden. Anschließend wird in einem Ätzschritt die Hilfskomponente entfernt. Das Resultat bildet eine zurückbleibende raue Siliziumdioxidschicht. Infolge der kontinuierlichen Anpassung der optischen Eigenschaften von Luft zu Glas wird eine Entspiegelung der Glasoberfläche erzielt.

Einen ähnlichen Effekt bietet der am Fraunhofer FEP verfügbare PolAR-Prozess zur Entspiegelung von Kunststoffplatten oder -Folien. Dieses Verfahren wurde ursprünglich gemeinsam mit dem Fraunhofer IOF und Industriepartnern entwickelt. Hierbei werden mittels eines Plasmaätzschrittes Nanostrukturen direkt auf der Oberfläche von Polymeren erzeugt. Der so erzielte graduelle Übergang der Brechzahl von Luft zum Polymer wirkt ebenfalls entspiegelnd.

Für eine klassische Antireflexbeschichtung werden typischerweise alternierend optisch hoch- und niedrigbrechende Schichten abgeschieden. Nachteilig hierbei ist der begrenzte Spektralbereich der Entspiegelungswirkung. Dieser lässt sich nur über ein komplexeres Interferenzschichtsystem verbreitern. Antireflexschichtsysteme basierend auf rauen Oberflächeneffekten hingegen haben keine scharfe Wellenlängenbegrenzung in ihren reflexmindernden Eigenschaften, wodurch mittels einer einzelnen Schicht bzw. einem einzelnen Plasmaätzschritt breitbandig entspiegelt werden kann. Die Schichten sind weitestgehend farbneutral.

»Die mit dem neuen Verfahren erzielten Schichten zeichnen sich durch besonders gute mechanische Beständigkeit und ein breitbandiges Antireflexverhalten aus«, erklärt Thomas Preußner, Forscher für großflächige In-Line Prozessierung am Fraunhofer FEP.

Mittels des Co-Sputter-Verfahrens können nicht nur Antireflexschichten entwickelt werden. Vielmehr demonstriert die Technologie die Möglichkeit, raue Schichten für weitere Anwendungsmöglichkeiten herzustellen. Sie bietet das Potenzial, die Kontaktfläche von zum Beispiel Elektroden für Batterien und Solarzellen über raue Schichten zu vergrößern und wirkungsvoller zu gestalten.

Das umfassende Know-how der Wissenschaftler am Fraunhofer FEP und die Ausstattung mit fertigungsnahen Anlagen, ermöglichen es, passgenaue Antireflexschichten für die unterschiedlichsten Anwendungen gemeinsam mit und für den Kunden zu entwickeln.