Nuevo revestimiento antirreflectante e hidrófobo para vidrio solar

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Un grupo europeo de científicos ha creado un novedoso recubrimiento antirreflectante (AR) hidrófobo para el cristal de cubierta de los módulos fotovoltaicos.

El recubrimiento de doble capa utiliza una película fina de sílice-titania (SiO2-TiO2) como capa inferior y una capa superior inorgánico-orgánica de sílice modificada con trietoxi(octil)silano (OTES) como capa superior.

En este estudio se ha fabricado con éxito un AR hidrófobo de doble capa mediante el proceso sol-gel”, explican los investigadores. “El proceso sol-gel se ha revelado como una técnica prometedora para depositar películas debido a sus diversas ventajas, como el bajo coste, la amplia gama de precursores disponibles, la baja temperatura de síntesis y el excelente control sobre las características estructurales y morfológicas de las películas”.

En primer lugar, los académicos han preparado el sol de SiO2-TiO2, y el sol de SiO2 modificado con OTES con diferentes proporciones molares para controlar su índice de refracción. A continuación, iniciaron el proceso de recubrimiento sumergiendo inicialmente sustratos de portaobjetos de microscopio previamente limpiados en una máquina de recubrimiento por inmersión con SiO2-TiO2, para después ponerlos a secar y someterlos a un tratamiento térmico. Para controlar el índice de refracción y el espesor de la película, se variaron las velocidades de retirada. A continuación, se realizó un segundo proceso de inmersión similar en el SiO2 modificado con OTES.

“El índice de refracción y el grosor de los revestimientos de doble capa se midieron mediante elipsometría utilizando un modelo de doble capa”, explican los académicos. “El índice de refracción de la capa inferior (recubrimiento de SiO2-TiO2) y de la capa superior (recubrimiento de SiO2 modificado con OTES) fue de 1,74 y 1,39, respectivamente, y los espesores de 77,0 nm y 95,9 nm, respectivamente”, dijeron tras la optimización.

A continuación, el grupo midió en el vidrio recubierto los espectros de transmitancia y reflectancia en el rango de 350 a 800 nm y el primer plano del rango de 500 a 600 nm para obtener sus propiedades ópticas. Los mejores resultados del doble recubrimiento se obtuvieron a 550 nm, donde presentaba una transmitancia del 99%, frente al 91% de un vidrio de referencia sin recubrir. También presentaba una reflectancia del 0,15%, frente al 8% del sustrato de vidrio sin recubrir.

En el siguiente paso, los investigadores obtuvieron imágenes del ángulo de contacto con el agua (WCA) para analizar las propiedades humectantes del nuevo revestimiento. Mientras que el vidrio de referencia sin recubrir tiene un WCA de 56,8 grados, el recubierto tenía un valor superior, de 102 grados. El sustrato de vidrio sin recubrimiento tenía una energía libre superficial de 48,5 mN/m, mientras que el recubierto tenía 25,48 mN/m.

“El recubrimiento AR de doble capa mostraba un WCA más alto y una energía libre superficial más baja, lo que sugiere una superficie menos humectable”, explicaron. “Esto se atribuyó a la presencia de grupos funcionales no polares O Si octílicos hidrolíticamente estables en la superficie, que pueden disminuir la energía superficial y dificultar la humectación”.

Además, los investigadores midieron la durabilidad del vidrio de doble capa, exponiéndolo a dos años de condiciones ambientales. Según los resultados, tras ese periodo de tiempo mostró cambios mínimos en la transmitancia en comparación con los valores originales. Además, se probó la adherencia del novedoso revestimiento y resultó ser “excelente”.

“Los resultados demuestran que el recubrimiento de doble capa es una solución prometedora para reducir la reflexión y mejorar las propiedades ópticas de los sustratos de vidrio”, concluyen los científicos. “Este recubrimiento tiene un valor potencial en diversos campos, especialmente en la industria de células solares, donde puede aumentar la eficiencia y la estabilidad de las células solares”.

Sus hallazgos se presentaron en “High performance double layer hydrophobic antireflective coatings on glass prepared by sol-gel method” (Revestimientos antirreflectantes hidrófobos de doble capa de alto rendimiento sobre vidrio preparados por el método sol-gel), publicado en Open Ceramics. La investigación fue llevada a cabo por científicos de la Universidad eslovaca Alexander Dubček de Trenčín y del Centro Mixto del Vidrio, así como del Instituto de Cerámica y Vidrio de España.

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