SUSTRATO TRANSPARENTE QUE COMPRENDE UN REVESTIMIENTO ANTIRREFLECTANTE.

Sustrato transparente (6), en particular vítreo, que comprende en al menos una de sus caras un revestimiento antirreflectante,

adaptado para células solares al menos en el visible y en el infrarrojo cercano tal que el sustrato presenta una transmisión integrada sobre una gama de longitudes de onda comprendida entre 400 y 1100 nm de al menos 90%, hecho de un apilamiento (A) de capas delgadas de material dieléctrico de índices de refracción alternativamente fuertes y débiles, caracterizado porque el apilamiento comprende sucesivamente:

- una primera capa (1), de alto índice, de índice de refracción n1 comprendido entre 1,85 y 2,15 y de un espesor geométrico e1 comprendido entre 5 y 50 nm,

- una segunda capa (2), de bajo índice, de índice de refracción n2 comprendido entre 1,30 y 1,70, y de espesor geométrico e2 comprendido entre 5 y 50 nm,

- una tercera capa (3), de alto índice, de índice de refracción n3 comprendido entre 1,85 y 2,15 y de espesor geométrico e3 comprendido entre 140 y 160 nm,

- una cuarta capa (4), de bajo índice, de índice de refracción n4 comprendido entre 1,30 y 1,70 y de espesor geométrico e4 de al menos 80 o de al menos 90 nm. Porque la primera capa de alto índice (1) es a base de óxido(s) metálico(s) elegido(s) entre óxido de zinc, óxido de estaño, óxido mixto de zinc y de estaño, o a base de nitruro(s) elegido(s) entre nitruro de silicio y/o nitruro de aluminio

y porque la tercera capa de alto índice (3) es a base de nitruro elegido entre nitruro de silicio Si3N4 o nitruro de aluminio AlN

Sustrato transparente que comprende un revestimiento antirreflectante.

La invención se refiere a un sustrato transparente, en particular de vidrio, y dotado de un revestimiento antirreflectante en al menos una de sus caras.

Los revestimientos antirreflectantes están constituidos normalmente, para los más simples, por una capa delgada interferencial cuyo índice de refracción es entre el del sustrato y el del aire, o, para los más complejos, por un apilamiento de capas delgadas (en general una alternancia de capas a base de material dieléctrico de índices de refracción fuertes y débiles).

En sus aplicaciones más convencionales, se les utiliza para disminuir la reflexión luminosa de los sustratos, para aumentar la transmisión luminosa de éstos. Se trata por ejemplo de acristalamientos destinados a proteger cuadros, a hacer mostradores o escaparates de los almacenes. Por tanto su optimización se hace teniendo en cuenta únicamente las longitudes de onda en el dominio del visible.

Sin embargo, se ha demostrado que se podía tener necesidad de aumentar la transmisión de sustratos transparentes, y ello únicamente en el dominio del visible, para aplicaciones particulares. Se trata particularmente de células solares (llamadas también módulos o colectores solares), por ejemplo células de silicio. Esas células tienen necesidad de absorber el máximo de energía solar que ellas captan, en el visible, pero también más allá, muy particularmente en el infrarrojo cercano. El sustrato "exterior" (orientado hacia el cielo) de las células es generalmente de vidrio templado.

Por tanto parece conveniente, para aumentar su rendimiento, optimizar la transmisión de la energía solar a través de ese vidrio en las longitudes de onda que tienen importancia para las células solares. Una primera solución ha consistido en utilizar vidrios extra-claros, de contenido muy bajo en óxido(s) de hierro. Se trata por ejemplo de vidrios comercializados en la gama "DIAMANT" por Saint-Gobain Vitrage.

Otra solución ha consistido en dotar al vidrio, en el lado exterior, de un revestimiento antirreflectante constituido por una monocapa de óxido de silicio poroso, permitiendo la porosidad del material bajar el índice de refracción de ello. Sin embargo, ese revestimiento de una capa no es muy competitivo. Presenta además una durabilidad insuficiente en particular frente a la humedad.

Se conoce por el documento EP-A-0 993 654 un sustrato en particular vítreo, que comprende en al menos una de sus caras un revestimiento antirreflectante optimizado en el dominio de las longitudes de onda del visible, hecho de un apilamiento de capas delgadas de material dieléctrico de índices de refracción alternativamente fuertes y débiles.

Por tanto la invención tiene por objetivo la puesta a punto de un nuevo revestimiento antirreflectante que sea capaz de aumentar más la transmisión (de disminuir más la reflexión) a través del sustrato transparente que lo soporta, y ello en una banda ancha de longitudes de onda, particularmente a la vez en el visible y en el infrarrojo.

Además la invención tiene por objetivo la puesta a punto de un nuevo revestimiento antirreflectante adaptado para células solares.

Además la invención tiene por objetivo la puesta a punto de tales revestimientos que sean además aptos para sufrir tratamientos térmicos, ello particularmente en el caso en que el sustrato portador es de vidrio que, en su aplicación final, deba ser recocido o templado.

Además la invención tiene por objetivo la puesta a punto de tales revestimientos que sean suficientemente duraderos para una utilización en el exterior.

La invención tiene en primer lugar por objetivo un sustrato transparente, en particular vítreo, que comprende en al menos una de sus caras un revestimiento antirreflectante (A) de capas delgadas de material dieléctrico de índices de refracción alternativamente fuertes y débiles. Comprende sucesivamente:

- una primera capa 1 de alto índice, de índice de refracción n₁ comprendido entre 1,8 y 2,3 y de espesor geométrico e₁ comprendido entre 5 y 50 nm,

- una segunda capa 2 de bajo índice, de índice de refracción n₂ comprendido entre 1,30 y 1,70, de espesor geométrico e₂ comprendido entre 5 y 50 nm,

- une tercera capa 3 de alto índice, de índice de refracción n₃ comprendido entre 1,80 y 2,30, de espesor geométrico e₃ comprendido entre 100 y 180 nm, en particular comprendido entre 140 y 160 nm,

- una cuarta capa 4 de bajo índice, de índice de refracción n₄ comprendido entre 1,30 y 1,70, de espesor geométrico e₄ de al menos 80 nm o de al menos 90 nm.

En el sentido de la invención, se entiende por "capa" una capa única o una superposición de capas donde cada una de ellas respeta el índice de refracción indicado y donde la suma de sus espesores geométricos tiene también el valor indicado para la capa en cuestión.

En el sentido de la invención, las capas son de material dieléctrico, en particular de tipo óxido o nitruro como se detallará posteriormente. Sin embargo no se excluye que al menos una de ellas se modifique de manera que sea al menos un poco conductora, por ejemplo dopando un óxido metálico, y ello por ejemplo para conferir eventualmente al apilamiento antirreflectante también una función anti-estática.

La invención se interesa preferiblemente por sustratos vítreos, pero puede aplicarse también a los sustratos transparentes a base de polímero, por ejemplo de poli(carbonato).

Por tanto, la invención se refiere a un apilamiento antirreflectante de tipo de cuatro capas. Es un buen compromiso, porque el número de capas es suficientemente importante para que su interacción interferencial permita alcanzar un efecto antirreflectante importante. Sin embargo, ese número es suficientemente razonable para que se pueda fabricar el producto a gran escala, sobre línea industrial, sobre sustratos de gran tamaño, por ejemplo utilizando una técnica de depósito a vacío del tipo pulverización catódica (asistida por campo magnético).

Los criterios de espesor y de índice de refracción mantenidos en invención permiten obtener un efecto antirreflectante de banda ancha, con un aumento sensible de la transmisión del sustrato-portador, no solamente en el dominio del visible, sino también más allá, particularmente en el infrarrojo y más particularmente en el infrarrojo cercano. Se trata de un antirreflectante, competitivo sobre una gama de longitudes de onda que se extiende al menos entre 400 y 1100 nm.

Las tres características, quizás las más destacables, de la invención son las siguientes:

rightarrow por una parte, con relación a un apilamiento antirreflectante de cuatro capas estándar (destinado a hacer antirreflectante un vidrio en el visible), el espesor de la última capa, de bajo índice, ha sido aumentado: su espesor preferido es superior al valor de ?/4 utilizado habitualmente, (considerando ? como el centro del espectro visible)

rightarrow por otra parte, el espesor de la penúltima capa (la tercera), de alto índice, es relativamente elevado,

rightarrow finalmente, se ha descubierto que, a diferencia de la elección hecha habitualmente para las capas de alto índice, no era indispensable elegir materiales de índice muy elevado como el TiO₂ o el Nb₂O₅. Se demostró, en cambio, que era más apropiado utilizar para esas capas materiales de índice de refracción más moderado, en particular de a lo sumo 2,3. Ello va en contra de la enseñanza conocida sobre los apilamientos antirreflectantes en general.

Los inventores han descubierto por tanto que podían permitirse utilizar los materiales cuyo índice es aproximadamente 2, como el óxido de estaño SnO₂ o el nitruro de silicio Si₃N₄ (incluyendo bajo esta formulación nitruros de silicio que pueden contener otros elementos minoritarios con respecto al silicio, como un metal del tipo Al, o del boro, la estequiometría indicada del nitrógeno con respecto al silicio no es, por tanto, limitativa, sino una comodidad de escritura. Lo mismo vale para la estequiometría en el oxígeno de los óxidos metálicos o de silicio mencionada en el texto presente). Con respecto al TiO₂ en particular, esos materiales presentan la ventaja de tener velocidades de depósito mucho más elevadas cuando se utiliza la técnica...

1. Sustrato transparente (6), en particular vítreo, que comprende en al menos una de sus caras un revestimiento antirreflectante, adaptado para células solares al menos en el visible y en el infrarrojo cercano tal que el sustrato presenta una transmisión integrada sobre una gama de longitudes de onda comprendida entre 400 y 1100 nm de al menos 90%, hecho de un apilamiento (A) de capas delgadas de material dieléctrico de índices de refracción alternativamente fuertes y débiles, caracterizado porque el apilamiento comprende sucesivamente:

- una primera capa (1), de alto índice, de índice de refracción n₁ comprendido entre 1,85 y 2,15 y de un espesor geométrico e₁ comprendido entre 5 y 50 nm,

- una segunda capa (2), de bajo índice, de índice de refracción n₂ comprendido entre 1,30 y 1,70, y de espesor geométrico e₂ comprendido entre 5 y 50 nm,

- una tercera capa (3), de alto índice, de índice de refracción n₃ comprendido entre 1,85 y 2,15 y de espesor geométrico e₃ comprendido entre 140 y 160 nm,

- una cuarta capa (4), de bajo índice, de índice de refracción n₄ comprendido entre 1,30 y 1,70 y de espesor geométrico e₄ de al menos 80 o de al menos 90 nm. Porque la primera capa de alto índice (1) es a base de óxido(s) metálico(s) elegido(s) entre óxido de zinc, óxido de estaño, óxido mixto de zinc y de estaño, o a base de nitruro(s) elegido(s) entre nitruro de silicio y/o nitruro de aluminio

y porque la tercera capa de alto índice (3) es a base de nitruro elegido entre nitruro de silicio Si3N4 o nitruro de aluminio AlN.

2. Sustrato (6) de acuerdo con la reivindicación precedente, caracterizado porque n₁ y/o n₃ están comprendidos entre 1,90 y 2,10 o entre 2,0 y 2,1.

3. Sustrato (6) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque n₂ y/o n₄ están comprendidos entre 1,35 y 1,55 o entre 1,40 y 1,50.

4. Sustrato (6) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque e₁ está comprendido entre 10 y 30 nm, en particular entre 15 y 25 nm.

5. Sustrato (6) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque e₂ está comprendido entre 15 y 45 nm, en particular entre 20 y 40 nm, preferiblemente inferior o igual a 35 nm.

6. Sustrato (6) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque e₄ es superior o igual a 90 nm, y en particular está comprendido entre 95 y 120 nm.

7. Sustrato (6) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la segunda capa de bajo índice (2) y/o la cuarta capa de bajo índice (4) son a base de óxido de silicio, de oxinitruro y/o de oxicarburo de silicio o de un óxido mixto de silicio y de aluminio.

8. Sustrato (6) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque dicho sustrato es de vidrio, claro o extra-claro, y preferiblemente templado.

9. Sustrato (6) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el apilamiento (A) comprende la secuencia de capas siguiente:

10. Utilización del sustrato (6) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, como sustrato exterior transparente de módulos solares (10) que comprende una pluralidad de células solares (9) del tipo Si o CIS.

11. Módulo solar (10) que comprende una pluralidad de células solares (9) del tipo Si, CIS, CdTe, a-Si, GaAs o GalnP, caracterizado porque tiene como sustrato exterior el sustrato (6) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.

12. Módulo solar (10) de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizado porque tiene un aumento de su rendimiento, expresado en densidad de corriente integrada, de al menos 1, 1,5 o 2% con respecto a un módulo que utiliza un sustrato exterior desprovisto del apilamiento antirreflectante (A).

13. Módulo solar (10) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 11 ó 12 caracterizado porque comprende dos sustratos de vidrio (6, 8), estando las células solares (9) dispuestas en el entre-vidrio en el que se ha colado un polímero que se endurece (7).

14. Procedimiento de obtención del sustrato (6) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 caracterizado porque se deposita el apilamiento (A) antirreflectante por pulverización catódica.