@phdthesis{Meier2006,
  author    = {Meier, Martin},
  title     = {Mikrostrukturierte Metallschichten auf Glas},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-22331},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2006},
  abstract  = {Moderne W{\"a}rmeschutzverglasungen erreichen ihren niedrigen W{\"a}rmedurchgangskoeffizienten, den U-Wert, im Wesentlichen durch Low-e-Beschichtungen, also Schichten mit einem Emissionsgrad von unter 0.05 im infraroten Spektralbereich. Verantwortlich f{\"u}r die Low-e-Eigenschaften sind bei diesen Beschichtungen h{\"a}ufig eine oder zwei d{\"u}nne Silberschichten. Im Schichtsystem kommen dazu etliche Schichten zur Entspiegelung, als Diffusionsblocker und zur Haftvermittlung. Sichtbare Strahlung wird durch diese Beschichtungen nur wenig beeinflusst. Wegen des niedrigen Emissionsgrades im IR-Bereich wird jedoch Strahlung im nahen Infrarot reflektiert und damit die solare Transmission vermindert. In vielen Einsatzgebieten, so auch bei der W{\"a}rmeschutzverglasung oder bei thermischen Solarkollektoren, kommt es allerdings auf den solaren und nicht auf den visuellen Transmissionsgrad an. Eine ideale „solare Beschichtung" sollte die solare Einstrahlung weitgehend durchlassen, im Bereich der W{\"a}rmestrahlung bei Raumtemperatur dagegen reflektierend wirken. Im Unterschied zu einer solchen Beschichtung verringert eine konventionelle Low-e-Beschichtung den solaren Transmissionsgrad einer Glasscheibe um etwa 20 bis 25 Prozentpunkte. Um diese Verminderung des solaren Transmissionsgrades bei gleichen Isolationseigenschaften zu vermeiden, ist eine st{\"a}rkere Wellenl{\"a}ngenselektivit{\"a}t der Beschichtung vonn{\"o}ten. Eine M{\"o}glichkeit zur Erh{\"o}hung der Wellenl{\"a}ngenselektivit{\"a}t ist Mikrostrukturierung. An Stelle einer durchgehenden Metallschicht wird im Low-e-Schichtsystem ein Metallgitter verwendet. Ist die Wellenl{\"a}nge der einfallenden Strahlung groß gegen{\"u}ber dem Abstand der Gitterstreben (im Falle der W{\"a}rmestrahlung bei 300 K), verh{\"a}lt sich die Beschichtung wie das fl{\"a}chige Material und damit wie eine konventionelle Low-e-Schicht. F{\"u}r Licht aus dem Spektrum der Sonnenstrahlung hingegen ist die Wellenl{\"a}nge kleiner als der Abstand der Gitterstreben, so dass die Transmission hier nur sehr geringf{\"u}gig vermindert wird. Zur genauen Charakterisierung dieses selektiven Verhaltens wurden Computersimulationen durchgef{\"u}hrt, zum einen nach dem Mie-Formalismus und zum anderen mit der Methode der finiten Differenzen im Zeitregime (FDTD), einer numerischen L{\"o}sung der Maxwellgleichungen. Aufgrund von Schwierigkeiten bei der Probenherstellung und der daraus resultierenden fehlenden M{\"o}glichkeit, die ben{\"o}tigten Sub-µm-Strukturen geeignet in ihrer Gr{\"o}ße zu variieren, wurden zur experimentellen Best{\"a}tigung sowohl die Wellenl{\"a}nge der einfallenden Strahlung als auch die Struktur um einen Faktor von etwa 100000 erh{\"o}ht und entsprechende Simulationen anhand von Streuexperimenten mit Mikrowellen an einem makroskopischen Metallgitter verifiziert. Mit Hilfe der Simulationsergebnisse wurden Vorraussagen {\"u}ber das spektrale Transmissionsverhalten eines ideal leitenden Metallgitters auf einem Glassubstrat in Abh{\"a}ngigkeit von Breite, Abstand und Dicke der Gitterstreben getroffen. Anhand von Parametervariationen wurden dann geeignete Werte dieser Gr{\"o}ßen f{\"u}r den Einsatz des Gitters als strukturierte Low-e-Beschichtung bestimmt. Durch {\"U}bertragung des spektralen Verhaltens eines solchen ideal leitenden Metallgitters auf eine reale Low-e-Schicht wurden die Auswirkungen einer Strukturierung dieser Schicht berechnet. Als Referenz diente dabei das Schichtsystem iplus E der Firma Interpane auf Floatglas. Die Rechnung zeigt, dass eine Strukturierung dieses Schichtsystems in ein Gitter mit 260 nm breiten St{\"a}ben im Abstand von 1080 nm die solare Transmission um 15 Prozentpunkte auf 0.72 steigen l{\"a}sst. Die Dicke der Silberschicht im Schichtsystem muss dabei allerdings von 15 nm auf 60 nm angehoben werden. Der Emissionsgrad im IR-Bereich erh{\"o}ht sich durch die Strukturierung von 0.03 auf 0.048. Kommt dieses strukturierte Low-e-Schichtsystem bei einer zweischeibigen W{\"a}rmeschutzverglasung zum Einsatz, so ließe sich der Gesamtenergiedurchlassgrad auf 0.70 im Vergleich zu 0.58 bei einer Verglasung mit dem konventionellen Low-e-Schichtsystem steigern. 80 Prozent des durch die fl{\"a}chige Low-e-Beschichtung bedingten R{\"u}ckgangs im Gesamtenergiedurchlassgrad, dem g-Wert, l{\"a}sst sich somit durch die Strukturierung wieder zur{\"u}ckgewinnen. Erkauft wird dies durch eine geringf{\"u}gige Erh{\"o}hung des U-Werts der Verglasung von 1.06 W/(m² K) auf 1.12 W/(m² K).},
  subject      = {W{\"a}rmeschutz},
  language  = {de}
}