Passive Mechanismen in der Solarenergie - Thermische Solarenergie: Grundlagen, Technologie, Anwendungen - page 234

Abb. 4.82 Schematische
Darstellung der kontinuier-
lichen Verfestigung einer
dünnen Oberflächenbe-
schichtung entlang einer
vertikalen ebenen Platte im
Sol-Gel-Verfahren
Der Vorbehandlung und Reinigung des Substrates kommt eine zentrale Bedeutung zu.
So können Kontaminationen zu einer mangelhaften Benetzung mit der Beschichtungs-
lösung führen. Partikuläre Verunreinigungen wie Staub führen ebenfalls oft zu lokalen
Defekten. Zur Verbesserung der Schichthaftung werden Metalloberflächen durch kurz-
zeitiges Erhitzen (Anlassen der Oberfläche) oft mit einer dünnen Oxidschicht ausgestattet.
Die einfachste Art eine Oberfläche gleichmäßig mit dem Substrat zu benetzen ist das Ein-
tauchen und Herausziehen mit einer konstanten Geschwindigkeit. Dieses Verfahren wird
als sogenannte Tauchbeschichtung (engl. dip-coating ) bezeichnet und ist in der Abb. 4.83 a
dargestellt.
Beim Spin-coating , das die Abb. 4.83 b zeigt, wird die Beschichtungslösung durch schnel-
le Rotation verteilt, weshalb sich planare oder leicht konvexe Oberflächen besonders gut
eignen. Im Vergleich zur Tauchbeschichtung ist die maximale Substratgröße mechanisch
stärker begrenzt.
Hybridpolymere Beschichtungsmaterialien können wenig oder gar kein Lösungsmittel
enthalten, während der Anteil flüchtiger Komponenten in anorganischen Systemen relativ
hoch ist. Generell spielen aber die mikroskopischen Vorgänge während der Trocknung
eine wichtige Rolle. Bei der Filmherstellung bildet sich ein Gelnetzwerk, bevor das Lö-
sungsmittel vollständig verdampft ist. Bei der weiteren Trocknung aus dem Gelfilm entste-
hen Flüssigkeitsmenisken, die Kapillarkräfte auf die Porenwände wirken lassen. Die Höhe
dieser Kräfte kann mit Hilfe einer abgewandelten Form der Kelvin-Gleichung beschrieben
werden. Die Kräfte nehmen mit sinkendem Meniskenradius stark zu und erreichen für
Gelfilme mit typischen Porendurchmessern deutlich unter 100 nm hohe Werte.