Quelltext der Seite Solarisation (Glas)

[[Datei:Group of Deck Prisms.jpg|mini|Deckprismen die sich nach langer UV-Lichtexposition durch Solarisation verfärbt haben. [[Lavendel (Farbe)|Lavendel]]-violettes Glas kann durch Photooxidation des in Glasschmelzen eingesetzten Überfärbers [[Mangan(IV)-oxid|MnO<sub>2</sub>]] („Glasmacherseife“) verursacht werden. [[Gelb|Gelbliche]] Verfärbungen können durch den Zusatzstoff [[Selen]] verursacht werden.<ref name="Zitrone🍋" />]]

Bei Glas und [[Glasfaser]]n spricht man von '''Solarisation''', wenn durch Einwirkung von kurzwelliger elektromagnetischer Strahlung ([[Gammastrahlung]], [[UV-Licht]]) der [[Transmission (Physik)|Transmissionsgrad]] (Durchlässigkeit) für Licht verschiedener Wellenlängenbereiche vermindert und das Glas so gefärbt oder vollständig undurchlässig wird.<ref name="Jedamzik_🍆🫐" /><ref name="Jedamzik_🎑🛰️" /> Neben gewollten Effekten der Eindunkelung von Gläsern führt Solarisation z.&nbsp;B. bei [[Lichtwellenleiter]]n (Informationsübertragung) zu deren Unbrauchbarkeit. Auch geringfügige Veränderungen der optischen Eigenschaften führen dazu, dass ein optisches Bauteil nach längerer Anwendung seine ursprüngliche [[Spezifikation]] nicht mehr erfüllt.

== Ursachen und Mechanismus ==
[[Datei:Solarized vault lights.jpg|mini|Glasbausteine einer Lichtschachtabdeckung zeigen einen Solarisations-Gradienten. An der Oberseite, wo das Licht in den Glasbaustein (erster und zweiter von links) eindringt, ist die Solarisation am stärksten ausgeprägt.]]

Energiereiche (UV-)Photonen verursachen [[Punktdefekt|Defektzentren]] in der [[Glas#Definition|molekularen Struktur von Glas]], die als [[Farbzentrum|Farbzentren]] wirken und das Glas abhängig von seiner Zusammensetzung verfärben.<ref name="Jedamzik_🍆🫐" /><ref name="v=ojj-rA_7vV0" /> Weiterhin spielt der Transmissionsgrad und der [[Brechungsindex]] des jeweiligen Glastyps für die jeweilige Strahlung eine bedeutende Rolle. Ist die maximale Eindringtiefe der Strahlung in das Material gering, tritt der Effekt nur bis wenige Millimeter in der Tiefe auf, weil die Strahlung [[Lambert-beersches Gesetz|absorbiert]] wird. Während [[Quarzglas]] sehr gut durchlässig für UV-Strahlung ist und speziell als [[optisches Glas]] im Ultraviolettbereich zum Einsatz kommt, besitzen [[Flintglas|Flintgläser]] und andere nicht-optische Gläser einen geringen Transmissionsgrad im energiereichen UV-C und UV-B-Bereich.<ref name="Jedamzik_🍆🫐" /><ref name="🍸🍹🍺" /> Bei historischen Fenstergläsern oder Glasbausteinen ist die begrenzte Eindringtiefe der Strahlung häufig als ein [[Konzentrationsgefälle|Gradient]] der Verfärbung zu erkennen (siehe Abbildung).

Eine starke Solarisation wird insbesondere durch [[UV-Oxidation|Photooxidation]] von Metallionen im Glas verursacht, die u.&#8239;a. als Zusätze zum Maskieren der Grünfärbung ([[Glas#Entfärbung von Gläsern|Überfärben]]) im Glas enthalten sind.<ref name="Zitrone🍋" /><ref name="Lavendel🍷" /> Die Anwesenheit geringster Konzentrationen von Metallionen der Elemente Eisen, Mangan, Nickel, Selen oder Silber kann im Glas den Effekt der Bildung von Farbzentren verstärken.<ref name="Jedamzik_🍆🫐" />

== Gegenmaßnahmen ==
Es wird von Herstellern der eingesetzten Glassubstrate und optischer Fasern geforscht, Materialien zu erzeugen, die „solarisationsfrei“ sind. Bisher konnte man den Prozess nur verlangsamen und spricht in diesem Zusammenhang von „solarisationsarmen“ Fasern. Eine verbreitete Methode zur Erzeugung solarisationsarmer Fasern ist die Defektpassivierung in einem industriellen [[Autoklav]]en. Bei ~ 100&nbsp;bar wird das Glas unter einer [[Wasserstoff]]atmosphäre im Temperaturbereich von 600–1200&nbsp;°C [[Hydrierung|hydriert]]. Das Glas ist nach der Wasserstoff-Behandlung angereichert mit Si-OH-Gruppen, die einen temporären Schutz vor Solarisation bieten. Über längere Zeiträume können die Si-OH-Gruppen wieder [[Dehydrierung|dehydrieren]] und der Schutz geht verloren.<ref name="f1P3sX1JfcA" /><ref name="Sunada" /> Solarisationsarme/-resistente Gläser werden insbesondere für Schutzgläser von [[Solarzelle]]n, spezielle Lichtwellenleiter, optische Komponenten von [[Excimerlaser]]n, [[Raumsonde]]n und Satelliten eingesetzt.<ref name="Jedamzik_🎑🛰️" /><ref name="Kempe_🎑🌞" /><ref name="SCHOTT🛰️🪟" />

Der Zusatz von [[Cer(IV)-oxid|CeO<sub>2</sub>]] oder [[Cer(III)-fluorid|CeF<sub>3</sub>]] wird für Gläser, die starker UV-Strahlung ausgesetzt sind, als UV-Stabilisator eingesetzt und verhindert die Solarisation. [[Cer]] liegt dabei in den Oxidationsstufen Ce<sup>3+</sup> und Ce<sup>4+</sup> im Glas vor. Als [[Dotierung|Dotierstoff]] reduziert Ce<sup>3+</sup>/Ce<sup>4+</sup> jedoch abhängig von der Konzentration die Transmission des Glases für UV-Licht und damit die photoelektrische Leistung einer PV-Anlage.<ref name="Jedamzik_🍆🫐" /><ref name="Jedamzik_🎑🛰️" /><ref name="Kempe_🎑🌞" /> Weiterhin können Ce<sup>3+</sup>-Ionen unter [[Photokatalyse]] [[Eisen|Fe]]<sup>3+</sup>- zu Fe<sup>2+</sup>-Ionen [[Reduktion (Chemie)|reduzieren]], wenn das Glassubstrat [[Glas#Produktionsprozesse|Verunreinigungen]] mit Fe<sup>3+</sup>-Ionen aufweist. Die im Glas gebundenen Fe<sup>2+</sup>-Ionen absorbieren photoelektrisch nutzbares Infrarotlicht (~ 1050–1100&nbsp;nm).<ref name="Kempe_🎑🌞" /> Zu berücksichtigen ist, dass mit steigendem Anteil von Ce<sup>3+</sup>- gegenüber Ce<sup>4+</sup>-Ionen die Wirkung der Dotierung sich in Richtung eines [[UV-Filter (Fotografie)|optischen Filters]] verschiebt. Dieser Filter macht das Glas praktisch undurchlässig für UV-Strahlung.<ref name="Jedamzik_🍆🫐" /><ref name="WUPYjhYsNuo" />

Ebenfalls lässt sich durch das Erhitzen des Glases auf hohe Temperaturen dieser Effekt teilweise wieder rückgängig machen.

== Einzelnachweise ==
<references>
<ref name="v=ojj-rA_7vV0">
{{Literatur
 |Autor=Alexander Heinze, Mohammad Zoheidi, Ralitsa Rosenow  und Andreas Huth
 |Titel=Der Solarisation auf der Spur – Solarisations-resistente Quarzglasfasern für Systeme im tiefen UV-Bereich
 |Sammelwerk=Optik & Photonik, Lasermedizin
 |Band=4
 |Nummer=3
 |Datum=2009-10
 |Seiten=43–44
 |DOI=10.1002/opph.201190044}}
</ref>
<ref name="f1P3sX1JfcA">
{{Internetquelle
 |url=https://www.ceramoptec.de/fileadmin/user_upload/pdf/Presse/Clippings/med_8-2017_30-31.pdf
 |titel=Glasfasern mit langfristiger UV-Beständigkeit
 |hrsg=CeramOptec GmbH, 53121 Bonn
 |datum=2017-08
 |seiten=30–31
 |format=PDF
 |abruf=2024-08-02}}
</ref>
<ref name="Lavendel🍷">
{{Internetquelle
 |autor=Klaus A. E. Weber
 |url=https://historisches-museum-hellental.de/gefaerbtes-und-ungefaerbtes-glas.html
 |titel=Farbigkeit und Farblosigkeit historischer Gläser
 |hrsg=Heimat- und Geschichtsverein für Heinade-Hellental-Merxhausen e.V., 37627 Heinade
 |datum=2024-08-02
 |abruf=2024-08-02}}
</ref>
<ref name="Zitrone🍋">
{{Internetquelle
 |autor=Ian Macky
 |url=https://glassian.org/Prism/Gallery/Deck/index.html
 |titel=Deck Lights Gallery
 |werk=glassian.org
 |hrsg=Ian Macky
 |datum=2024-03-10
 |sprache=en
 |abruf=2024-07-29}}
</ref>
<ref name="Jedamzik_🍆🫐">
{{Literatur
 |Autor=Ralf Jedamzik, Volker Dietrich, Axel Engel und Uwe Petzold
 |Titel=Solarization effects in optical glass from UV to blue
 |Sammelwerk=Proc. SPIE
 |Band=12221, Optical Manufacturing and Testing XIV
 |Nummer=1222109
 |Datum=2022-10-03
 |Seiten=1–4
 |DOI=10.1117/12.2632359}}
</ref>
<ref name="Kempe_🎑🌞">
{{Literatur
 |Autor=Michael D. Kempe, Thomas Moricone und Matt Kilkenny
 |Titel=Effects of cerium removal from glass on photovoltaic module performance and stability
 |Sammelwerk=Proc. SPIE
 |Band=7412, Reliability of Photovoltaic Cells, Modules, Components, and Systems II
 |Nummer=74120Q
 |Datum=2009-09-02
 |Seiten=1, 2, 7
 |DOI=10.1117/12.825699}}
</ref>
<ref name="Jedamzik_🎑🛰️">
{{Literatur
 |Autor=Ralf Jedamzik & Uwe Petzold
 |Titel=SCHOTT optical glass in space
 |Sammelwerk=Proc. SPIE
 |Band=10401, Astronomical Optics: Design, Manufacture, and Test of Space and Ground Systems
 |Nummer=104010I
 |Datum=2017-09-05
 |Seiten=1, 6–10
 |DOI=10.1117/12.2272714}}
</ref>
<ref name="WUPYjhYsNuo">
{{Literatur
 |Autor=Liming Teng et al.
 |Titel=Highly transparent cerium doped glasses with full-band UV-shielding capacity
 |Sammelwerk=Journal of the American Ceramic Society
 |Band=103
 |Nummer=5
 |Datum=2020-01-17
 |Seiten=3249-3256
 |DOI=10.1111/jace.17020}}
</ref>
<ref name="SCHOTT🛰️🪟">
{{Internetquelle
 |url=https://www.schott.com/de-at/products/solar-cell-cover-glasses-p1001000/technical-details
 |titel=Solar Cell Cover Gläser – Solar Glass 0787
 |hrsg=SCHOTT AG, 55122 Mainz
 |abruf=2024-08-02}}
</ref>
<ref name="🍸🍹🍺">
{{Internetquelle
 |url=https://www.edmundoptics.de/knowledge-center/application-notes/optics/optical-glass/
 |titel=Optisches Glas und seine Eigenschaften
 |titelerg=Brechungsindex, Dispersion, Transmission
 |hrsg=Edmund Optics Inc.
 |datum=2024
 |sprache=en
 |abruf=2024-08-04}}
</ref>
<ref name="Sunada">
{{Patent
 | Land = EP
 | V-Nr = 0917523
 | Typ = Patent B1
 | Titel = Synthetisches Quarzglas zur Verwendung in UV-Strahlung und Verfahren zu seiner Herstellung
 | A-Datum = 1998-05-20
 | V-Datum = 1999-05-26
 | Erfinder = Norio Ohashi, Michiyo Kuriyama, Shigeru Yamagata, Shigemasa Sunada
 | Anmelder = Heraeus Quarzglas GmbH & Co KG, Shin Etsu Quartz Products Co Ltd}}
</ref>
</references>

[[Kategorie:Glas]]
[[Kategorie:Glasfehler]]