PROCEDIMIENTO DE OBTENCIÓN DE UN RECUBRIMIENTO ANTIRREFLEJANTE PARA DISPOSITIVOS ÓPTICOS Y TERMOELÉCTRICOS.

Procedimiento de obtención de un recubrimiento antirreflejante para dispositivos ópticos y termoeléctricos.

La presente invención se refiere a un procedimiento sol-gel para obtener un recubrimiento antirreflejante a partir de precursores tipo alcóxido, que posteriormente puede ser aplicado sobre sustratos de vidrio o plástico vía spray. La invención también se refiere a dispositivos ópticos y termoeléctricos que han sido recubiertos con dicho material antirreflejante. Este recubrimiento aumenta la transmitancia de los substratos transparentes sobre los que se aplica, por lo que es útil para aplicar sobre módulos solares de alta concentración (HCPV), tanto en lentes primarias como secundarias, en silicio convencional o en tubos CSP.

La presente invención se refiere a un procedimiento de obtención de recubrimientos antirreflejantes mediante la técnica de sol-gel sobre sustratos de vidrio o plástico. Este recubrimiento aumenta la transmitancia de los substratos transparentes sobre los que se aplica, por lo que es útil para aplicar sobre módulos solares de alta concentración (HCPV), tanto en lentes primarias como secundarias, en silicio convencional o en tubos CSP en termoeléctrica. Además en ventanas de vidrio en receptores de torre.

Por tanto, la invención se podría encuadrar en el campo de los dispositivos de energía solar y termoeléctrica.

ESTADO DE LA TÉCNICA ANTERIOR

Los colectores solares requieren una cubierta de vidrio exterior que reduzca las pérdidas ópticas de transmisión de luz. Para solucionar esta problemática y aumentar el rendimiento de un sistema, se emplea un recubrimiento con un determinado espesor sobre un substrato cuya transmitancia oscila entre 0,90 y 0,92, de tal forma que la luz transmitida que se pierde oscila entre un 8 y 10% de la radiación solar incidente. Con el objetivo de reducir estas pérdidas se emplean recubrimientos antirreflejantes preparados por diferentes técnicas. Para un substrato de vidrio con índice de refracción de 1,45 se debe utilizar un recubrimiento de índice inferior o recubrimiento antirreflejante con índice más bajo, de tal manera que el resultado es una reducción de las pérdidas por transmisión.

La tecnología sol-gel ha supuesto un gran avance en el campo de los recubrimientos. Esta técnica permite la preparación de formulaciones complejas de óxidos inorgánicos a temperatura ambiente obtenidos a partir de componentes líquidos que, mediante unas reacciones químicas, adoptan una estructura sólida (láminas delgadas) utilizadas para recubrimiento de substratos, destacando su solidez y sus buenas propiedades ópticas.

Existen algunos recubrimientos comerciales aplicados mediante tecnología sol-gel aplicados en el campo de la energía solar. En el documento EP1329433A1 se describe la preparación sol-gel de recubrimientos porosos por inmersión o spray sobre diferentes sustratos utilizando Tritón® en altas concentraciones y posterior tratamiento térmico para quemar el Tritón1®. Estos recubrimientos requieren un curado a altas temperaturas (400-600°C) para quemar el surfactante y conseguir una estabilidad mecánica.

En el documento EP1074526A2 se describe la preparación sol-gel de película antirreflejante y niveladora sobre sustratos de vidrio/óxido de estaño por inmersión. Estos recubrimientos están orientados a recubrir óxidos de estaño conductores cuya aplicación sobre substratos de vidrio no resultaría en un recubrimiento antirreflejante.

En el documento US5580819A se describe la preparación sol-gel con diferentes grupos funcionales de antirreflejantes sobre sustratos sólidos, curado y tratamiento con solución acuosa de electrolito para producir porosidad. Este procedimiento permite obtener películas sol-gel híbridas de fuerte carácter orgánico que estropean con electrolitos para conseguir porosidad, aunque estos recubrimientos no son adecuados para uso en exterior.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención describe la preparación de un recubrimiento con propiedades antirreflejantes mediante un procedimiento sol-gel, para ser aplicado posteriormente sobre colectores solares mediante técnica de spray con objeto de optimizar su transmisión de luz e incrementar así la eficiencia del sistema. La ventaja principal del método que se describe, en comparación con otras técnicas de preparación de recubrimientos antirreflejantes, es la versatilidad de la técnica la cual permite obtener una formulación óptima para alcanzar las características ópticas deseadas con unas buenas propiedades fotoquímicas y estabilidades químicas y mecánicas frente a los agentes medioambientales.

Las características físico-químicas del recubrimiento permiten su aplicación sobre los colectores mediante la técnica de spray, lo que supone diversas ventajas frente a otras técnicas como la inmersión, que es la que actualmente más se usa para recubrimiento

de tubos CSP, por ejemplo. Como ya es sabido, la aplicación en spray es más sencilla, permite trabajar con piezas de pequeño tamaño y es un proceso automatizable que no requiere equipos o procesos más complejos como los de vacío o evaporación. Asimismo la utilización de técnicas de deposición por centrifugación resulta en la 5 obtención de recubrimientos poco homogéneos.

Por tanto, un primer aspecto de la invención se refiere a un procedimiento sol-gel de obtención de un recubrimiento antirreflejante que comprende las siguientes etapas: a) Preparación de una disolución mediante mezclado de un compuesto de fórmula

(I)

(I)

con un compuesto de fórmula (II)

Re

Re

(II)

donde R1f R2, R3 o R4 son grupos alquilo Ci-C6 ramificados o lineales, iguales o 15 diferentes; y R5, R6, R7 o R8 son iguales o diferentes y se seleccionan de entre

grupos alquilo CrC6 ramificados o lineales o grupos alcoxi CrC6 ramificados o lineales, y donde al menos un grupo R5, R6, R7 o R8 es un grupo alquilo; en un medio que comprende agua, un alcohol CrC4 y un ácido inorgánico, dejando hidrolizar durante un tiempo de 1 a 10 horas y a una temperatura de 20 entre 50 y 100°C, preferiblemente a una temperatura de entre 60 y 90°C y más

preferiblemente durante un tiempo de 2 a 5 horas y b) adición de un aceite natural y un tensioactivo no iónico a la disolución obtenida en (a), dejando hidrolizar durante un tiempo de 1 a 10 horas y a una temperatura de entre 50 y 100°C, preferiblemente a una temperatura de entre 25 60 y 90°C y más preferiblemente durante un tiempo de 2 a 5 horas.

En la presente invención se entiende como alquilo, cadenas alifáticas, lineales o ramificadas, que tienen de 1 a 10 átomos de carbono, por ejemplo, metilo, etilo, n- propilo, /-propilo, n-butilo, tere-butilo, sec-butilo, n-pentilo, n-hexilo, etc.

Preferiblemente el grupo alquilo tiene entre 1 y 6 átomos de carbono. Más preferiblemente, metilo, n-etilo, n-propilo, n-butilo. Los grupos alquilo pueden estar opcionalmente sustituidos por uno o más sustituyentes tales como halógeno, hidroxilo, azida, ácido carboxílico o un grupo sustituido o no sustituido seleccionado de entre amino, amido, éster carboxílico, éter, tiol, acilamino o carboxamido.

En la presente invención se entiende como alcoxi un grupo de fórmula -ORa en la que Ra es un alquilo como anteriormente descrito. Preferiblemente, el término alcoxi se refiere a metoxi, etoxi o propoxi.

En la presente invención se entiende como alcohol un grupo alquilo como descrito anteriormente que comprende al menos un grupo -OH como sustituyente de un carbono, ya sea terminal o intermedio. Preferiblemente, el alcohol es metanol, etanol o propanol.

En una realización preferida, R^ R2, R3 o R4 son un alquilo C1-C4 igual o diferente. En una realización más preferida, R1, R2, R3 y R4 son etilo.

En otra realización preferida, al menos uno de R5, R6, R7 o R8 es un alquilo CrC2. En una realización más preferida, al menos uno de R5, R6, R7 o R8 es metilo.

En otra realización preferida, al menos uno de R5, R6, R7 o R8 es alcoxi C1-C4 igual o diferente. En una realización más preferida, al menos uno de R5, R6, R7 o R8 es etoxi. En otra realización más preferida, donde R5 es metilo y R6, R7 y R8 son etoxi.

En otra realización preferida, el alcohol C1-C4 empleado en la etapa (a) es etanol.

El ácido inorgánico que se emplea en la etapa (a) puede ser cualquier ácido inorgánico conocido por un experto en la materia tal como ácido clorhídrico, ácido sulfúrico, ácido nítrico o ácido fosfórico, aunque preferiblemente se emplea ácido nítrico.

El aceite natural de la etapa (b) puede ser cualquier aceite natural conocido por un experto en la materia tal como aceite de ricino, de oliva, de girasol, de argén, de coco, de nuez, de almendra, de cáñamo, de caléndula, de borraja etc. o mezclas de los mismos. Aunque preferiblemente se emplea aceite de ricino.

El tensioactivo no iónico puede ser cualquiera conocido por un experto en la materia como por ejemplo, pero sin limitarse a, los del tipo Lutensol®, Basoclean®, Basorol®, Basosol®, Tritón®, Brij® o Tween®.

En una realización preferida la relación molar entre los compuestos de fórmula (I) y (II) está entre 2,5:1 y 3,5:1, la relación molar entre los compuestos de fórmula (I) más (II) y el alcohol C1-C4 en la etapa (a) está entre 1:3 y 1:4. La relación molar entre los compuestos de fórmula (I) más (II) y el agua ésta entre 1:1,8 y 1:2,2. La relación... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento sol-gel de obtención de un recubrimiento antirreflejante que comprende las siguientes etapas:

a) Preparación de una disolución mediante mezclado de un compuesto de fórmula

(I)

con un compuesto de fórmula (II)

Re

R5. |

Si

Re

(II)

donde R1t R2, R3 o R4 son grupos alquilo C1-C6 ramificados o lineales, iguales o diferentes; y R5, R6, R7 o Ra son iguales o diferentes y se seleccionan de entre grupos alquilo C1-C6 ramificados o lineales o grupos alcoxi C1-C6 ramificados o lineales, y donde al menos un grupo R5, R6, R7 o R8 es un grupo alquilo; en un medio que comprende agua, un alcohol C1-C4 y un ácido inorgánico, dejando hidrolizar durante un tiempo de 1 a 10 horas y a una temperatura de entre 50 y 100°C, y

b) adición de un aceite natural y un tensioactivo no iónico a la disolución de la etapa (a), dejando hidrolizar durante un tiempo de 1 a 10 horas y a una temperatura de entre 50 y 100°C.

2. Procedimiento según la reivindicación 1 donde Ri, R2, R3 o R4 son un alquilo C1-C4 igual o diferente.

3. Procedimiento según la reivindicación 2 donde Ri, R2, R3 y R4 son etilo.

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde al menos uno de R5i R6, R7 o R8 es un alquilo CrC2.

5. Procedimiento según la reivindicación 4 donde al menos uno de R5i R6, R7 o R8 es metilo.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde al menos uno de R5 R6, R7 o R8 es alcoxi C1-C4 igual o diferente.

7. Procedimiento según la reivindicación 6 donde al menos uno de R5, R6, R7 o R8 es etoxi.

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 donde R5 es metilo y R6, R7 o R8 son etoxi.

9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde el alcohol C1-C4 empleado en la etapa (a) es etanol.

10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde el ácido inorgánico empleado en la etapa (a) es ácido nítrico.

11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde el aceite natural de la etapa (b) se selecciona de la lista que comprende aceite de ricino, de oliva, de girasol, de argán, de coco, de nuez, de almendra, de cáñamo, de caléndula, de borraja o mezclas de los mismos.

12. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde en la etapa (a) y en la etapa (b) se deja hidrolizar a una temperatura de entre 60 y 90°C.

13. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde en la etapa (a) y en la etapa (b) se deja hidrolizar durante un tiempo de entre 2 y 5 horas.

14. Recubrimiento antirreflejante obtenible según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13 caracterizado porque presenta un índice de refracción de entre 1,2 y 1,3.

15. Dispositivo óptico o termoeléctrico que comprende el recubrimiento antirreflejante según la reivindicación 14.

16. Dispositivo según la reivindicación 15 que se selecciona de entre módulos solares de alta concentración, paneles de silicio o tubos CSP.

17. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 15 ó 16 donde el recubrimiento antirreflejante presenta un espesor de entre 80 y 200 nm.

18. Procedimiento de obtención del dispositivo según la reivindicación 16 que comprende las siguientes etapas:

a) Aplicación del recubrimiento según la reivindicación 14 mediante técnica de spray sobre un sustrato.

b) Curado de la película aplicada en la etapa anterior a una temperatura de entre 90-200°C durante un tiempo de entre 10 a 60 minutos.

19. Procedimiento según la reivindicación 18 en el que la etapa (b) se realiza a una temperatura de entre 95-150°C durante un tiempo de entre 12 a 30 minutos.

20. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 18 ó 19 que comprende una etapa adicional de curado del producto obtenido en (b) a una temperatura de entre 200 a 400°C durante un tiempo de entre 5 a 15 horas.

21. Procedimiento según la reivindicación anterior en la que la etapa adicional de curado se realiza a una temperatura de entre 100-350°C durante un tiempo de entre 7 a 13 horas.