Recubrimientos antirreflectantes (AR) obtenidos vía sol-gel para aplicación en módulos de concentración fotovoltaica (CPV)

Abstract

La Tecnología de Concentración Fotovoltaica (CPV), se basa en el uso de sistemas ópticos (refractivos o reflexivos) para concentrar la radiación solar en un área pequeña, lo que permite utilizar células solares de muy alta eficiencia. La mayoría de sistemas CPV utilizan células multiunión III-V, altamente optimizadas para cubrir gran parte del espectro solar. El objetivo final de los sistemas CPV es reducir el coste de la electricidad generada mediante la sustitución del tamaño de célula por dispositivos ópticos menos costosos y de tecnología más accesible. Los módulos CPV utilizan cubiertas frontales de vidrio para proteger la célula de agresiones medioambientales. El tipo de vidrio más utilizado se conoce como vidrio extraclaro, que es vidrio flotado con bajo contenido en hierro, lo que permite obtener una alta transmitancia hacia las células. Sin embargo, debido a las diferencias en los índices de refracción entre el vidrio y el aire, se produce reflexión en la intercara que da lugar a la pérdida de radiación que atraviesa el vidrio. Los recubrimientos antirreflectantes (AR) con índice de refracción gradual entre los del aire y el vidrio, permiten minimizar estas pérdidas por reflexión. Este trabajo ha consistido en el desarrollo recubrimientos AR, que deben asegurar un alto valor de transmitancia en el amplio rango del espectro donde operan las células multiunión, y debe soportar condiciones ambientales extremas, con unas propiedades duraderas a la vez que deben facilitar los procesos de limpieza con mínimas pérdidas en transmitancia. En primer lugar, mediante un programa de simulación de propiedades ópticas (software CODE) se han obtenido las características (espesor e índice de refracción) del sistema de recubrimientos que optimiza la transmitancia en el rango de longitudes de onda de interés. El material seleccionado ha sido SiO2 con distintos porcentajes de porosidad, y se han sintetizado los recubrimientos mediante tecnología sol-gel. Esta técnica, permite sintetizar materiales cerámicos de alta pureza y homogeneidad por medio de técnicas diferentes a los procesos tradicionales de fusión de óxidos, a Temperatura mucho más baja. El proceso sol-gel envuelve la transición de un sistema desde una fase líquida “sol” hasta una fase sólida “gel”. Aplicando este proceso es posible fabricar materiales en una amplia variedad de formas tales como: polvos ultra finos o esféricos, capas de película fina, fibras cerámicas, membranas microporosas inorgánicas, materiales aerogel extremadamente porosos, etc. Se ha realizado un estudio de síntesis de soles para la obtención de los recubrimientos deseados, ajustando la formulación del sol, concentración de precursores, parámetros de deposición, temperatura de sinterizado, etc. basado principalmente en la caracterización de espesor, porosidad y propiedades ópticas (transmitancia, reflectancia, índice de refracción). Finalmente se han diseñado varios sistemas multirrecubrimiento y se han realizado ensayos de envejecimiento acelerado (IEC- 62108) y abrasión/simulación de proceso de limpieza.