El nuevo revestimiento AR a base de silicona promete un rendimiento energético fotovoltaico un 7% mayor

Los revestimientos antirreflectantes sobre vidrio han sido el medio más prometedor para mejorar la eficiencia de los módulos fotovoltaicos hasta la fecha, pero lograrlos requerirá la combinación adecuada de enfoques rentables y ciencia inteligente.

Los investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong (HKUST) creen que pueden haberlo descifrado. dr. Zhiyong Fan y su grupo han desarrollado un novedoso recubrimiento hecho de silicona (el material con el que se fabrican las lentes de contacto blandas) con diminutos nanoconos en la superficie que se puede aplicar directamente al vidrio o incluso a una oblea de silicio de manera mucho más económica que otros nanotexturizados similares. Película (s.

Sin un revestimiento antirreflectante, la superficie de vidrio de un módulo fotovoltaico puede reflejar entre un 4 y un 5 % de la luz que incide sobre él, lo que resulta en una disminución de la eficiencia del módulo y de la producción de energía. Si bien los revestimientos antirreflectantes (AR) tradicionales son fáciles de aplicar, están diseñados para funcionar únicamente en un rango estrecho del espectro solar. Más importante aún, estos recubrimientos pierden eficacia cuando los rayos del sol inciden en el módulo en un ángulo grande, digamos por la mañana o por la noche.

La clave para capturar esta luz es crear una superficie texturizada en el revestimiento AR (a diferencia de las láminas lisas/planas estándar). Sin embargo, la suciedad puede alojarse más fácilmente en los “protuberancias” (por ejemplo, colinas y valles) que forman la textura si son demasiado grandes, por lo que las pérdidas de suciedad superan las ganancias de la textura. Para evitar la contaminación, es importante mantener las características estructurales muy pequeñas, del orden de unos pocos nanómetros (1 nanómetro corresponde a 1/100.000.000 de metro). Este tipo de texturizado fino normalmente requiere procesos costosos, que consumen mucho tiempo y que requieren un uso intensivo de materiales, como la fotolitografía o el grabado químico, a menudo en el propio vidrio. Todo esto cambia por completo la ecuación de costos y hace que los recubrimientos AR estructurados sean inviables.

Fan y su equipo lograron caminar por la delgada línea utilizando una técnica de modelado de moldes para crear una fina capa de silicio con conos de tamaño nanométrico en la superficie. El proceso utilizado para crear el molde implica varios procesos electroquímicos. Sin embargo, una vez creado el molde, preparar la película es simplemente verter la silicona líquida, secarla y despegarla del molde. Gracias a la silicona especial utilizada, esta capa se puede aplicar fácilmente sobre cualquier cristal, incluso sin adhesivo.

Cuando se aplicó a un pequeño panel de telururo de cadmio de película delgada (ver imagen arriba), el recubrimiento redujo a la mitad las pérdidas por reflexión y aumentó la producción de energía no solo al mediodía (cuando la luz del sol incide directamente sobre el panel), sino también por las mañanas y las noches, cuando la Los rayos del sol inciden en un ángulo mayor sobre el módulo (ver el recuadro en el gráfico a continuación). El resultado neto: una mejora significativa del 7 % en la producción de energía a lo largo del día.

Click para agrandar (Crédito de la imagen: Zhiyong Fan vía SPIE)

La película no solo mejora el rendimiento energético, sino que también es superhidrófoba (fuertemente repelente al agua), lo que la hace autolimpiante y muy eficaz contra la contaminación, que contribuye de manera importante a los costos de mantenimiento en grandes sistemas solares.

Los investigadores del “laboratorio de ventiladores” de HKUST planean continuar explorando otros materiales de silicona y sin silicona para poder adaptar las películas a diferentes tipos de vidrio utilizados con diferentes tecnologías de células fotovoltaicas.

Sin embargo, los investigadores parecen confiar en que la película atraerá a los fanáticos de la industria fotovoltaica, ya que en breve se darán a conocer los detalles de un método de fabricación de alto rendimiento que puede producir las películas de forma económica y a escala.

Queda por ver si los costos de producción lo convierten en una alternativa viable a los recubrimientos AR basados ​​en sol-gel existentes y si las propiedades antisuciedad se mantendrán estables durante la vida útil de los módulos comerciales (normalmente de 20 a 25 años).

Fuente de la imagen arriba: Siu-Fung Leung et al.