Desarrollo de recubrimientos multicapa antirreflectantes preparados por pulverización catódica para aplicaciones en paneles fotovoltaicos

Abstract

En esta tesis doctoral, se estudió el efecto del dopaje de ZrO2 sobre la microestructura, propiedades mecánicas, propiedades ópticas y resistencia a la erosión en recubrimientos antirreflectantes (ARC) multicapa base TiO2/SiO2, fabricados por magnetron sputtering para su utilización como película protectora en los vidrios de paneles solares fotovoltaicos. De acuerdo con los resultados obtenidos, se observó que el contenido de Zr en la matriz amorfa de la capa de SiO2, modificó la microestructura (crecimiento de grano proporcional al contenido de Zr), las propiedades ópticas y mecánicas del recubrimiento, incrementando el índice de refracción y reflectancia y a su vez disminuyendo sus propiedades mecánicas. Esto podría atribuirse a la mezcla de fases mixtas de tipo amorfo compuestas por silicatos de circonio y sub-óxidos de ZrO. Sin embargo, en todas las capas con diferentes contenidos de circonio en el sistema multicapa, presenta respuesta antirreflectante. Además, la microestructura, propiedades ópticas y mecánicas de las muestras ARZr (nomenclatura utilizada en el texto para las muestras ARC multicapas base TiO2/SiO2 dopadas con diferentes contenidos de ZrO2), está fuertemente influenciada por la fase anatasa de la capa de TiO2 inducida por el tratamiento térmico de recocido a 400 °C. La muestra ARZr-15-400 (1 % atómico de Zr y recocida a 400 °C) presentó comportamiento antirreflectante (reflectancias inferiores al 3 %) y exhibió las mejores propiedades mecánicas de los recubrimientos ARZr. Por lo tanto, la muestra ARZr-15-400, presenta la mayor resistencia a la deformación plástica, relacionada con el parámetro Hf3/Ef2 incrementando un 39 % respecto al sustrato y un17 % respecto a la muestra ARZr-0-400 (0 % atómico de Zr y recocida a 400 °C), apuntando así hacia una resistencia mejorada contra la deformación plástica. Respecto a los resultados de erosión, las muestras con una concentración atómica de Zr menor a 3 %, expusieron la mejor resistencia a la erosión (disminución en la tasa de defectos y tasa de erosión) respecto a la muestra de referencia ARZr-0-400, con una reducción de la tasa de defectos en un 52 % y una disminución en la tasa de erosión del 80 %, respecto al sustrato de vidrio. Por lo tanto, el aumento de la resistencia a la deformación plástica inducida por el recocido y el contenido de Zr en las muestras, se consideran factores importantes para mejorar la resistencia a la erosión, aumentando así la vida útil y eficiencia del ARZr utilizados en paneles fotovoltaicos. En consecuencia, los recubrimientos antirreflectantes con tratamiento posterior al recocido a 400 °C y contenido de circonio unifican dos aspectos complementarios, tales como propiedades mecánicas mejoradas (durabilidad extendida) y capacidades de recolección mejoradas en un rango de longitud de onda más amplio (mayor eficiencia).