@phdthesis{Gigant2005,
  author    = {Gigant, Karine},
  title     = {Raman-Spektroskopie hybridpolymerer Sol-Gel-Materialien : vom Sol bis zur Schicht},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-14994},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2005},
  abstract  = {In der vorliegenden Arbeit wurden durch den Sol-Gel-Prozeß hergestellte hybride Sole, Xerogele und Schichten mit Hilfe der Raman-Spektroskopie untersucht. Dazu wurden zun{\"a}chst die schwingungsspektroskopischen Zuordnungen f{\"u}r verschiedene Alkoxysilanen erg{\"a}nzt und zusammengefasst. Anschließend wurde die Hydrolyse vom Vinyltriethoxysilan (VTES) durch FT-Raman-Spektroskopie vom Sol bis zum Xerogel verfolgt. Weitere Untersuchungen an verschiedenen Xerogelen lieferten neue Erkenntnisse {\"u}ber charakteristische Raman-Banden des anorganischen Netzwerkes. Der zweite Teil dieser Arbeit richtete sich auf konfokale Raman-mikrospektroskopische Untersuchungen hybrider Schichten bez{\"u}glich der anorganischen und organischen Vernetzung. Zun{\"a}chst wurden Polymersubstrate untersucht. Es wurde experimentell festgestellt, dass die axiale Aufl{\"o}sung eines konfokalen Raman-Mikrospektrometers tats{\"a}chlich niedriger ist als bisher in der Literatur angenommen wurde. Bei Mikro-Raman-Untersuchungen an verschiedenen Schichtsystemen hat sich herausgestellt, dass die Schwingungsmoden des anorganischen Netzwerks im niederfrequenten Raman-Bereich leicht detektierbar sind. Die Lage der charakteristischen sogenannten T3/Q3-Bande im Raman-Spektrum der UV-geh{\"a}rteten Probe deutet allerdings auf einen niedrigeren Kondensationsgrad hin, als beim langsam luftgetrockneten Xerogel, was mit Hilfe von 29Si-Festk{\"o}rper-NMR-Messungen best{\"a}tigt wurde. Dar{\"u}ber hinaus konnte festgestellt werden, dass die Schichten einen h{\"o}heren Kondensationsgrad als die gleich behandelten Volumenproben aufweisen. Es wurde gezeigt, dass die gewonnenen Raman-spektroskopischen Erkenntnisse f{\"u}r die Erforschung und die L{\"o}sung von Vernetzungsproblemen hilfreich sein k{\"o}nnen. Nach einem kurzen {\"U}berblick der Mechanismen der organischen Vernetzung wurden zun{\"a}chst thermisch-hartbaren Schichtsysteme auf Glycidyloxypropyltrimethoxysilan-Basis durch Raman-Mikrospektroskopie untersucht. Die quantitative Auswertung des Umsetzungsgrades erfolgte nach einer Bandenanalyse der Ringatmungsschwingung des Epoxidrings. Es stellte sich heraus, dass die Polyadditionsreaktion nur sehr begrenzt stattfindet. Dagegen ist die Anhydridh{\"a}rtung unter den gleichen Bedingungen deutlich effizienter. Daneben wurde gezeigt, dass die an Volumenproben erhaltenen Ergebnisse, in Bezug auf die organische Vernetzung, nicht auf die entsprechenden Schichten {\"u}bertragen werden k{\"o}nnen. Bei den untersuchten UV-h{\"a}rtbaren Schichtsystemen konnte der Umsetzungsgrad mittels einer Bandenanalyse der reaktiven Gruppen erfolgreich ermittelt werden. Die Reaktivit{\"a}t der unges{\"a}ttigten Gruppen, wenn sie einer radikalischen Polymerisation ausgesetzt sind, folgt der Reihe: Allyl < Vinyl < Acrylat. Die Thiol-En-Addition bei den VTES / Mercaptopropyltrimethoxysilan-Schichtsystemen f{\"u}hrt zu h{\"o}heren Umsetzungsgraden der Vinylgruppen bei gleichen Bedingungen. Die Kinetik der Polymerisationsreaktion spielt also eine entscheidende Rolle bei der Vollst{\"a}ndigkeit der organischen Vernetzung. Ein weiterer Teil dieser Arbeit richtete sich auf die Ermittlung der mechanischen Eigenschaften von hybriden Schichten und deren Korrelation mit spektroskopischen Daten. In allen untersuchten Schichtsysteme demonstrierte die chemische Variation der beteiligten Komponenten, dass die organische Vernetzung und das anorganische Netzwerk stark miteinander wechselwirken. Somit ensteht ein Synergieeffekt, welcher der hybridpolymeren Schicht ihre mechanische Best{\"a}ndigkeit verleiht. Schließlich stellte sich heraus, dass die Mikroh{\"a}rte mit den spektroskopischen Daten verkn{\"u}pft werden kann. Bei allen Schichtsystemen zeigte sich eine starke Abh{\"a}ngigkeit von Mikroh{\"a}rte und H{\"a}rtungsdauer. Alle thermisch geh{\"a}rteten Schichten weisen eine sehr hohe Abriebfestigkeit sowie eine sehr gute Adh{\"a}sion auf Glas und Kunststoff auf, was ihren Einsatz als kratzfeste Schichten nahelegt. Die UV-h{\"a}rtbaren Schichtsysteme weisen zwar eine hohe Abriebfestigkeit auf, haften aber schlecht auf Polycarbonaten (PC). Die haftungs- / enthaftungsrelevanten Vorg{\"a}nge spielen sich an der Grenzfl{\"a}chen oder einer Interphase geringer Ausdehnung statt und k{\"o}nnen daher Raman-miskrospektroskopisch nicht erfasst werden. TEM-Aufnahmen zeigten deutlich, dass die schlechte Haftung auf PC auf die unzureichende Benetzung der Schicht auf dem Substrat zur{\"u}ckzuf{\"u}hren ist. Weiterhin konnte festgestellt werden, dass der Zusatz von einem Acrylat als Additiv zur Bildung einer Interdiffusionsschicht f{\"u}hrt, die die Haftung auf PC verbessert. Die Untersuchungen der Bewitterungsbest{\"a}ndigkeit beschr{\"a}nkten sich auf zwei UV-h{\"a}rtbare Schichtsysteme. Die Mikro-Raman-Spektren zeigten, dass zun{\"a}chst die organischen Komponenten der hybriden Schicht angegriffen und gesch{\"a}digt werden. Der Schutzeffekt von Lichtstabilisatoren und UV-Absorbern auf die organischen Komponenten des hybriden Netzwerks konnte ebenfalls spektroskopisch best{\"a}tigt werden.},
  subject      = {Sol-Gel-Verfahren},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Krueger2002,
  author    = {Kr{\"u}ger, Reinhard},
  title     = {Pyrolyse- und Sinterverhalten Sol-Gel-abgeleiteter Al2O3-YAG-Fasern},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-6827},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2002},
  abstract  = {Nichtw{\"a}ßrige Sol-Gel-Vorstufen, die zu einem Mischgef{\"u}ge aus Al2O3 und YAG f{\"u}hren (Volumenverh{\"a}ltnis 45 : 55), wurden zu Fasern versponnen, in unterschiedlichen Atmosph{\"a}ren pyrolysiert und abschließend gesintert. Die strukturelle Ent-wicklung w{\"a}hrend der Pyrolyse der Gel-Fasern wurde in Abh{\"a}ngigkeit von Pyrolysetemperatur (200-850 °C) und -atmosph{\"a}re beschrieben. Die Zusammenh{\"a}nge zwischen den mittels der Pyrolyseparameter variierten amorphen Strukturen und dem daraus resultierenden Kristallisations- und Sinterverhalten sowie den mechanischen Fasereigenschaften wurden gezeigt. Die isotropen Gel-Fasern sind frei von Poren und weisen lokal regelm{\"a}ßig angeordnete, organische Dom{\"a}nen mit mittleren Abst{\"a}nden von 2 nm innerhalb des anorganischen Matrixger{\"u}sts auf. W{\"a}hrend der Pyrolyse auftretende Strukturver{\"a}nderungen h{\"a}ngen stark von der Atmosph{\"a}re und der Temperatur ab. In Luft- und Sauerstoffatmosph{\"a}re trat ab 600 °C innerhalb der Fasern lokal eine Kristallisation von YAG und Korund in Form kugeliger Bereiche auf, die zum Bruch der Fasern bereits w{\"a}hrend der Pyrolyse f{\"u}hrten. Die Abgabe organischer Bestandteile erfolgte bei Pyrolyse in Stickstoff im wesentlichen zwischen 300 °C und 500 °C, blieb jedoch auch bei h{\"o}heren Temperaturen unvollst{\"a}ndig. In Wasserdampf-Atmosph{\"a}re kam es durch Hydrolysereaktionen zwischen 250 °C und 385 °C zu einer verbesserten Abgabe der organischen Bestandteile. Der Kohlenstoffgehalt sinkt bei 385 °C unter 2 Masse-\%. Werden dem Wasserdampf saure Gase wie z.B. Stickoxide zugesetzt, wird um 200 °C die Hydrolyse und Abgabe der Organik zus{\"a}tzlich verst{\"a}rkt. Nach Pyrolyse in Stickstoff oder wasserhaltigen Atmosph{\"a}ren blieben die Fasern amorph. Bei Pyrolyse in Stickstoff war die Struktur der Fasern porenfrei, wobei die organischen Pyrolysatreste wie in den Gel-Fasern als regelm{\"a}ßig angeordnete, isolierte Bereiche innerhalb einer anorganischen Matrix vorlagen. In Wasserdampf bildete sich ab 250 °C aus den organischen Dom{\"a}nen eine geordnete Porenstruktur, die sich mit ansteigender Temperatur vergr{\"o}berte. Auch in der aus verdampfter Salpeters{\"a}ure erzeugten Atmosph{\"a}re bildeten sich Poren. Die Porendurchmesser und spezifischen Oberfl{\"a}chen der Fasern blieben jedoch geringer als in reinem Wasserdampf. In dem anorganischen Matrixger{\"u}st {\"a}nderten sich durch die Pyrolyse die Koordinationsverh{\"a}ltnisse der Al-Ionen. Ausgehend von der mehrheitlich 6-fachen Koordination in den Gel-Fasern kam es zunehmend zur Umlagerung in die 4- und 5-fache Koordination. Bei Pyrolyse in reinem Wasserdampf war diese Koordinationsver{\"a}nderung deutlich schw{\"a}cher ausgepr{\"a}gt als in Stickstoff oder der Atmosph{\"a}re aus verdampfter Salpeters{\"a}ure. W{\"a}hrend der Sinterung treten intermedi{\"a}r gamma-Al2O3 und hexagonales YAlO3 als metastabile Phasen vor der Kristallisation von YAG auf. Mit der Kristallisation von Korund schließt die Phasenbildung der Al2O3-YAG-Fasern je nach vorangegangener Pyrolysebehandlung zwischen 1275 °C und 1315 °C ab. Die Abweichungen in der Kristallisationstemperatur bzw. Keimbildungsdichte von Korund und im Sinterverhalten ließen sich auf die Unterschiede in den amorphen Strukturen der pyrolysierten Fasern zur{\"u}ckf{\"u}hren. Hohe Anteile 6-fach koordinierter Al-Ionen und eine zu hohen spezifischen Oberfl{\"a}chen f{\"u}hrende, feine Porosit{\"a}t erwiesen sich als g{\"u}nstige Strukturmerkmale f{\"u}r pyrolysierte Fasern. Die dabei entstandenen feink{\"o}rnigen, homogenen Gef{\"u}ge konnten dicht gesintert werden und hatten die h{\"o}chsten Festigkeiten und E-Moduln. Kohlenstoffgehalte bis zu 2 Masse-\% wirkten sich in den offenporigen Zwischenprodukten nicht negativ auf das Sinterverhalten aus. In dieser Arbeit wurde gezeigt, daß die Kristallisation der Sol-Gel-abgeleiteten Fasern und damit auch die Ausbildung der keramischen Gef{\"u}ge in entscheidendem Maße von den Pyrolysebedingungen abh{\"a}ngen. Bei einheitlicher Synthese der Gel-Fasern lassen sich durch die Pyrolysebehandlung unterschiedliche Strukturen in den amorphen Zwischenprodukten einstellen, die durch ihre spezifisches Kristallisations- und Sinterverhalten zu unterschiedlichen keramischen Gef{\"u}gen in den Fasern f{\"u}hren. Die Optimierung der Gef{\"u}ge vorstufenabgeleiteter Keramiken durch Zusatz von Keimen ("Seeding") ist seit l{\"a}ngerem bekannt. In Erg{\"a}nzung dazu bietet die gezielte Wahl der Pyrolysebedingungen eine weitere M{\"o}glichkeit zur Steuerung der Gef{\"u}geausbildung in Sol-Gel-Keramiken.},
  subject      = {Keramikfaser},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Hegmann2017,
  author    = {Hegmann, Jan},
  title     = {Lichtstreuende Sol-Gel-Schichten f{\"u}r die Si- D{\"u}nnschichtphotovoltaik},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-155815},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2017},
  abstract  = {Ziel dieser Arbeit war es, ein Schichtsystem auf Basis des Sol-Gel-Prozesses zu entwickeln, um Lighttrapping in Si-D{\"u}nnschichtsolarzellen zu erzeugen. Die Grundlage dieses Schichtsystems bilden SiO2-Partikel, die {\"u}ber den St{\"o}ber-Prozess hergestellt werden. Es zeigte sich, dass sich die Rauheit und der Haze der Schichten {\"u}ber die Partikelgr{\"o}ße und Schichtdicke einstellen lassen. Um die mechanische Stabilit{\"a}t der reinen St{\"o}ber-Schichten zu verbessern, kamen verschiedene Binder zum Einsatz. Beste Ergebnisse zeigten Binder basierend auf l{\"o}slichen Vorstufenpulvern, da diese dem St{\"o}ber-Sol beigemischt werden konnten und so Binder und Partikel gleichzeitig aufgebracht werden konnten. Auf diese Weise entstehen mechanisch stabile, lichtstreuende Schichten. Zum Einsatz kam zun{\"a}chst ein TiO2-Binder. Durch eine anschließende Gl{\"a}ttung der St{\"o}ber-TiO2-Streuschichten mit SiO2 entsteht eine defektfreie, aber dennoch raue Oberfl{\"a}che. Zus{\"a}tzlich wird ein betr{\"a}chtlicher Teil des Lichts in große Winkel gestreut. Es konnte gezeigt werden, dass sich auf den SiO2-gegl{\"a}tteten St{\"o}ber-TiO2-Streuschichten ZnO:Al deponieren l{\"a}sst, wobei die elektrischen Eigenschaften von der Dicke der Gl{\"a}ttung abh{\"a}ngen. Auch die elektrischen Eigenschaften der Si-D{\"u}nnschichtsolarzellen h{\"a}ngen von der Gl{\"a}ttung bzw. der Dicke der Gl{\"a}ttung ab. Dies gilt insbesondere f{\"u}r die von der Materialqualit{\"a}t abh{\"a}ngigen Parameter F{\"u}llfaktor FF und offen Klemmenspannung VOC. Insgesamt fallen die Parameter jedoch noch gegen{\"u}ber Referenzzellen auf ge{\"a}tztem Frontkontakt zur{\"u}ck. Vor allem aber wurde die hohe Zellreflexion aufgrund der Glas-TiO2-Grenzfl{\"a}che als prim{\"a}res Problem identifiziert. Dennoch konnte bei einer Gl{\"a}ttungsdicke von 200 nm sehr gutes Lighttrapping beobachtet werden. Verantwortlich hierf{\"u}r ist sehr wahrscheinlich die Großwinkelstreuung der St{\"o}ber-TiO2-Streuschichten. Um die Zellreflexion zu verringern, wurde der Brechungsindex des Binders und der Gl{\"a}ttungsschichten an den Stack aus Substrat, Streuschicht und ZnO:Al-Schicht angepasst. Idee war es, durch Einbringen eines Al2O3-Vorstufenpulvers eine niedrigbrechende Komponente bereitzustellen, um durch Mischung von Al2O3- und TiO2-Vorstufenpulver freie Hand {\"u}ber den Brechungsindex des Binders und der Gl{\"a}ttung zu erhalten. Da sich das Volumenverh{\"a}ltnis von SiO2-Partikeln zu Binder bei verschiedenen Al2O3-TiO2-Verh{\"a}ltnissen nur schwer bestimmen l{\"a}sst, wurde lediglich ein reiner Al2O3-Binder in den Streuschichten eingesetzt. Die Einstellung des Brechungsindex beschr{\"a}nkte sich allein auf die Gl{\"a}ttungsschichten. Um St{\"o}ber-Al2O3-Streuschichten mit hoher Rauigkeit und geringen Defekten zu erzielen, muss das Binder-zu-Partikel-Verh{\"a}ltnis angepasst werden. Beste Ergebnisse ergaben sich bei einem Al2O3-Gehalt von 2\% im Sol. Aufgrund der hohen Rauigkeit besitzen die Streuschichten einen hohen Haze und wegen des geringen Brechungsunterschied zwischen Glas und Binder eine hohe Transmission. Die Gl{\"a}ttung der Streuschichten im Al2O3-TiO2-System ist nur mit Hilfe einer zus{\"a}tzlichen SiO2-Gl{\"a}ttungsschicht und einer reduzierten Dicke auf 50 nm m{\"o}glich. Auf den reinen defektreichen Streuschichten tendieren die Al2O3-TiO2-Schichten selbst zu Rissbildung. Zur Untersuchung der ZnO:Al-Deposition wurde eine Gl{\"a}ttungsdicke von 200 nm gew{\"a}hlt. Die erwies sich als zu gering. Die aufgebrachten ZnO:Al-Schichten wiesen gr{\"o}ßere Poren und kleinere Oberfl{\"a}chendefekte auf. Die Anpassung des Brechungsindex der Gl{\"a}ttungsschichten an die ZnO:Al-Schicht erwies sich nicht als vorteilhaft. Die reine Al2O3-Gl{\"a}ttung zeigt auch nach der ZnO:Al-Deposition die h{\"o}chste Transmission. Die Winkelverteilung des Streulichts der St{\"o}ber-Al2O3-Streuschichten ist gegen{\"u}ber den St{\"o}ber-TiO2-Streuschichten zu kleineren Winkeln verschoben. Dennoch wird ein gr{\"o}ßerer Anteil des Lichts in große Winkel gestreut, als es bei der ge{\"a}tzten ZnO:Al-Referenz der Fall ist. Trotz der Defekte in den ZnO:Al-Schichten konnten auf den St{\"o}ber-Al2O3-Streuschichten funktionierende Tandemzellen hergestellt werden. Der F{\"u}llfaktor und die offene Klemmenspannung fallen nur geringf{\"u}gig hinter die der Referenzzelle zur{\"u}ck. In der Kurzschlussstromdichte machen sich die verringerte Zellreflexion und das sehr gute Lighttrapping bemerkbar, so dass das Niveau der Referenz erreicht werden konnte. Zu beachten ist allerdings, dass gerade im langwelligen Lighttrapping-Spektralbereich die gleiche EQE erreicht wurde, trotz immer noch leicht erh{\"o}hter Zellreflexion. Die letzte Versuchsreihe konnte zeigen, dass die entwickelten Schichten sich sehr gut zur Erzeugung von Lighttrapping in Si-D{\"u}nnschichtsolarzellen eignen.},
  subject      = {D{\"u}nnschichtsolarzelle},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Holzner2006,
  author    = {Holzner, Stefan},
  title     = {Herstellung und Charakterisierung carbons{\"a}uremodifizierter Sol-Gel-Vorstufen von Mullit},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-17473},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2006},
  abstract  = {Nach dem Sol-Gel-Verfahren wurden carbons{\"a}uremodifizierte Mullitvorstufen hergestellt und charakterisiert. Dabei wurde die Kettenl{\"a}nge der zur Synthese der Sole verwendeten Carbons{\"a}uren variiert. Es zeigte sich, dass die s{\"a}urekatalysierte Kondensation der Siliciumkomponente zu linearen, oligomeren Si-O-Si-Ketten in Propions{\"a}uresolen bereits bei Raumtemperatur erfolgt. In Hexan- und Nonans{\"a}uresolen ist dagegen aufgrund der gr{\"o}ßeren sterischen Abschirmung der Siliciumspezies durch {\"u}ber Wasserstoffbr{\"u}ckenbindungen gebundene Carbons{\"a}uren keine Kondensation der Monomere m{\"o}glich. Beim Einengen der Sole zu einem Pulver resultietren amorphe oder teilkristalline Mullitvorstufen, die sich in ihrer Struktur und ihrem Kristallisations- und Verdichtungsverhalten unterschieden.},
  subject      = {Mullit},
  language  = {de}
}