Sustrato transparente que comprende un revestimiento antirreflectante.

Sustrato transparente (6) vítreo, que comprende sobre al menos una de sus caras un revestimientoantirreflectante,

adaptado para células solares al menos en el visible y en el infrarrojo cercano tal que dichosustrato tiene una transmisión integrada sobre una gama de longitudes de onda comprendida entre 400 y1100 nm de al menos 90%, estando hecho dicho revestimiento de un apilamiento (A) de capas delgadas dematerial dieléctrico de índices de refracción alternativamente fuertes y débiles, caracterizado por que elapilamiento comprende sucesivamente:

- una primera capa (1), de alto índice, de índice de refracción n1 comprendido entre 1,85 y 2,15 y de unespesor 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 deespesor 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 espesorgeométrico e3 comprendido entre 130 y 170 nm,

- una cuarta capa 4 de bajo índice, de índice de refracción n4 comprendido entre 1,30 y 1,70 y de espesorgeométrico e4 de al menos 80 nm,

y porque la primera capa de alto índice (1) y la tercera capa de alto índice (3) son a base de óxido(s)metálico(s) elegido(s) entre óxido de cinc, óxido de estaño u óxido mixto de cinc y de estaño.

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

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 observa 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 el 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 de muy buenas prestaciones. Presenta además una durabilidad insuficiente en particular frente a la humedad.

El documento EP 0 939 654 A2 divulga un revestimiento antirreflectante para un sustrato transparente.

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.

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

Subsidiariamente, 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.

Subsidiariamente 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 sobre 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,

una tercera capa 3 de alto índice, de índice de refracción n3 comprendido entre 1, 80 y 2, 30, de espesor geométrico e3 de al menos 100 nm o de al menos 120 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 dellas 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, 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 enterreflectante 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 la 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, con buenas prestaciones 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:

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 λ/4 utilizado habitualmente, (considerando λ como el centro del espectro visible)

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

y 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, 35 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 de deósito llamada de pulverización catódica. En esta gama moderada de índices, se tiene también una elección más importante de materiales que pueden depositarse por pulverización catódica, lo que ofrece más flexibilidad en la fabricación industrial, y más posibilidades para ajustar las propiedades del apilamiento.

Los inventores han seleccionado así espesores para las capas del apilamiento diferentes de los espesores elegidos habitualmente para los revestimientos antirreflectantes clásicos, destinados a no disminuir la reflexión más que en el visible. En la presente invención, esta selección se... [Seguir leyendo]

1. 1. Sustrato transparente (6) vítreo, que comprende sobre 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 dicho sustrato tiene una transmisión integrada sobre una gama de longitudes de onda comprendida entre 400 y

1100 nm de al menos 90%, estando hecho dicho revestimiento de un apilamiento (A) de capas delgadas de material dieléctrico de índices de refracción alternativamente fuertes y débiles, caracterizado por que 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 130 y 170 nm,

- una cuarta capa 4 de bajo índice, de índice de refracción n4 comprendido entre 1, 30 y 1, 70 y de espesor 15 geométrico e4 de al menos 80 nm,

y porque la primera capa de alto índice (1) y la tercera capa de alto índice (3) son a base de óxido (s) metálico (s) elegido (s) entre óxido de cinc, óxido de estaño u óxido mixto de cinc y de estaño.

2. Sustrato (6) según la reivindicación 1, caracterizado por que la primera capa de alto índice (1) y/o la tercera capa de alto índice (3) son a base de un óxido mixto de cinc y de estaño, de tipo estannato de cinc.

3. Sustrato (6) según la reivindicación 2, caracterizado por que la primera capa de alto índice (1) y la tercera capa de alto índice (3) son a base de un óxido mixto de cinc y de estaño, de tipo estannato de cinc.

4. Sustrato (6) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que n1 y/o n3 están comprendidos entre 1, 85 y 2, 15, en particular entre 1, 90 y 2, 10 ó entre 2, 0 y 2, 1.

5. 5. Sustrato (6) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que n2 y/o n4 25 están comprendidos entre 1, 35 y 1, 55 ó entre 1, 40 y 1, 50.

6. 6. Sustrato (6) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que e1 está comprendido entre 10 y 30 nm, en particular entre 15 y 25 nm.

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

8. Substrat (6) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que e3 está comprendido entre 140 y 160 nm.

Sustrato (6) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que e4 es superior

o igual a 90 nm, y en particular está comprendido entre 95 y 120 nm.

Sustrato (6) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la segunda 35 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.

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

Módulo solar (10) que comprende una pluralidad de células solares (9) de tipo Si, CIS, CdTe, a-Si, GaAs o 40 GalnP, caracterizado por que tiene como sustrato exterior el sustrato (6) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11.

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

14 Módulo solar (10) según una cualquiera de las reivindicaciones 12 ó 13 caracterizado por que 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) .

Procedimiento de obtención del sustrato (6) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que el apilamiento (A) antirreflectante se deposita por pulverización catódica.

ejemplo comparativo