ES2713415T3 - Película selectiva óptica - Google Patents
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Abstract
Una película selectiva óptica que incluye al menos una capa que contiene Ag y una capa antidifusión de Ag situada adyacente a la capa que contiene Ag, contribuyendo la película selectiva óptica a la conversión de la luz en calor, caracterizada por que la capa antidifusión de Ag incluye ß-FeSi2 o α-FeSi2.
Description
DESCRIPCION
PeKcula selectiva optica
Campo tecnico
La presente invencion se relaciona con una peKcula selectiva optica.
Antecedentes de la tecnica
La generacion de ene^a fotovoltaica que convierte la ene^a de la luz del sol directamente en electricidad es muy conocida; sin embargo, en anos recientes ha crecido la atencion en sistemas de aprovechamiento del calor solar que convierten primero la energfa de la luz del sol en calor y despues emplean el calor para generar energfa electrica. En esos sistemas de aprovechamiento del calor solar, la luz del sol es captada con un colector y la luz del sol captada se usa para calentar un medio calefactor (tal como aceite, sales disueltas o sodio fundido) en un contenedor o canal de flujo. Tambien esta estudiandose la provision de materiales de cobertura, pelfculas delgadas y similares sobre las superficies de los contenedores o canales de flujo, como una manera de acelerar el calentamiento del medio calefactor por parte de la luz solar captada.
PTL 1, por ejemplo, propone un recubrimiento de absorcion selectiva de la radiacion que ha de usarse particularmente en el tubo absorbente de un colector parabolico, estando el recubrimiento compuesto de una capa reflectante de la region infrarroja, al menos una capa absorbente situada sobre la capa reflectante, y una capa antirreflectante situada sobre la capa absorbente, estando la capa reflectante situada sobre dos o mas capas de barrera, y la segunda capa de barrera de las dos o mas capas de barrera estando compuesta de un compuesto de SiOx.
Lista de citaciones
Literatura de patentes
[PTL 1] Publicacion de patente japonesa no examinada num. 2009-19817C (con el miembro de familia US 2009/0208761)
Ademas, el documento US 2009/0235983 A1 describe una estructura intercapa para el crecimiento de semiconductores en celdas fotovoltaicas.
Compendio de la invencion
Problema tecnico
En la actualidad existe la necesidad de un sistema de aprovechamiento del calor solar que permita acelerar el calentamiento de los medios calefactores por parte de la luz solar captada y logre una mayor eficiencia en la conversion de la luz en calor. La presente invencion ha sido descubierta como resultado de una investigacion sumamente laboriosa por parte de los presentes inventores en relacion con esta necesidad.
Por lo tanto, un objetivo de la presente invencion es proporcionar una pelfcula selectiva optica que contribuya a la conversion eficiente de la luz en calor.
Solucion del problema
Los medios para lograr este objetivo se describen mediante los puntos (1) a (4) siguientes.
(1) Una pelfcula selectiva optica incluyendo al menos una capa que contiene Ag y una capa antidifusion de Ag situada adyacente a la capa que contiene Ag, la pelfcula selectiva optica contribuyendo a la conversion de la luz en calor, la capa antidifusion de Ag incluyendo a-FeSi2 o p-FeSi2.
(2) La pelfcula selectiva optica de acuerdo con (1), en donde la capa que contiene Ag es una pelfcula reflectante de infrarrojos.
(3) La pelfcula selectiva optica de acuerdo con (1) o (2), en donde al menos la capa que contiene Ag y la capa antidifusion de Ag estan laminadas en ese orden.
(4) La pelfcula selectiva optica de acuerdo con uno cualquiera de (1) a (3), en donde al menos la capa antidifusion de Ag, la capa que contiene Ag y la capa antidifusion de Ag estan laminadas en ese orden. Efectos ventajosos de la invencion
De acuerdo con la presente invencion, se proporciona una pelfcula selectiva optica que contribuye a la conversion eficiente de la luz en calor.
Breve descripcion de los dibujos
La Figura 1 es un dibujo esquematico en seccion transversal de una peKcula selectiva optica 1, como una realizacion de una pelfcula selectiva optica de la presente invencion.
La Figura 2 es un dibujo esquematico en seccion transversal de una pelfcula selectiva optica 2, como otra realizacion de una pelfcula selectiva optica de la presente invencion.
La Figura 3 es un dibujo esquematico en seccion transversal de la pelfcula selectiva optica 3 formada en el Ejemplo 1.
La Figura 4 es un dibujo esquematico en seccion transversal de la pelfcula selectiva optica 3 formada en el Ejemplo 1, antes y despues del calentamiento.
La Figura 5 es un grafico que muestra los resultados de las caractensticas opticas de la pelfcula selectiva optica 3 formada en el Ejemplo 1, despues del calentamiento a 700 °C durante 1 hora.
La Figura 6 es un dibujo esquematico en seccion transversal de la pelfcula selectiva optica 4 formada en el Ejemplo comparativo 1.
La Figura 7 es un dibujo esquematico en seccion transversal de la pelfcula 4 formada en el Ejemplo comparativo 1 antes y despues del calentamiento.
La Figura 8 es un grafico que muestra los resultados de las caractensticas opticas de la pelfcula 4 formada en el Ejemplo comparativo 1, despues del calentamiento a 700 °C durante 1 hora.
La Figura 9 es una fotograffa de microscopfa optica que muestra los resultados del Ejemplo comparativo 1.
Descripcion de las realizaciones
(1) Pelfcula selectiva optica
La pelfcula selectiva optica de la presente invencion es una pelfcula selectiva optica que incluye al menos una capa que contiene Ag y una capa antidifusion de Ag situada adyacente a la capa que contiene Ag, en donde la capa antidifusion de Ag incluye a-FeSi2 o p-FeSi2. La pelfcula selectiva optica de la presente invencion puede contribuir a la conversion eficiente de la luz en calor. Espedficamente, la capa antidifusion de Ag que compone la pelfcula selectiva optica de la presente invencion impide que la Ag (plata) en la capa que contiene Ag se difunda en las otras capas que componen la pelfcula selectiva optica cuando la pelfcula selectiva optica de la presente invencion ha sido calentada, contribuyendo, por lo tanto, a mantener caractensticas opticas estables. La temperatura a la cual la pelfcula selectiva optica de la presente invencion es calentada por la luz solar captada y el medio calefactor puede ser 400 °C o superior, y es preferentemente 600 °C o superior y con mayor preferencia 700 °C o superior. La pelfcula selectiva optica de la presente invencion puede mantener caractensticas opticas estables incluso cuando se expone a temperaturas altas durante el uso.
La capa que contiene Ag que compone la pelfcula selectiva optica de la presente invencion contiene Ag (plata), y la Ag (plata) puede ser plata pura compuesta de plata elemental simple, o puede ser una aleacion de plata compuesta de plata elemental y otro elemento metalico, o puede ser plata metalica compuesta de plata elemental y un elemento no metalico. Los ejemplos de otros elementos metalicos incluyen oro (Au), cobre (Cu) y Pd (paladio). El Si (silicio) es un ejemplo de un elemento no metalico.
La capa que contiene Ag que compone la pelfcula selectiva optica de la presente invencion puede contener Ag (plata) en cualquier proporcion deseada; sin embargo, la contiene preferentemente en al menos 80% en volumen a 100% en volumen.
La capa antidifusion de Ag que compone la pelfcula selectiva optica de la presente invencion esta situada adyacente a la capa que contiene Ag. Estar situada adyacente significa que al menos una porcion de la capa antidifusion de Ag y al menos una porcion de la capa que contiene Ag estan situadas en contacto mutuo. En la pelfcula selectiva optica de la presente invencion, la capa antidifusion de Ag esta preferentemente laminada sobre capa que contiene Ag. La capa antidifusion de Ag que compone la pelfcula selectiva optica de la presente invencion incluye p-FeSi2 o a-FeSi2 en cualquier proporcion deseada; sin embargo, los incluye preferentemente en al menos 80% en volumen a 100% en volumen.
Al incluir p-FeSi2 en la capa antidifusion de Ag, la pelfcula selectiva optica de la presente invencion puede brindar una mayor contribucion a la conversion eficiente de la luz en calor.
Al incluir a-FeSi2 en la capa antidifusion de Ag, la pelfcula selectiva optica de la presente invencion puede brindar una contribucion adicional a la conversion eficiente de la luz en calor.
La capa que contiene Ag que compone la peKcula selectiva optica de la presente invencion es preferentemente una peKcula reflectante de infrarrojos. El espesor de la pelfcula reflectante de infrarrojos puede ser cualquier espesor deseado, siempre que se exhiba el efecto de la presente invencion, y es preferentemente un espesor de al menos 100 nm. La capa que contiene Ag que compone la pelfcula selectiva optica de la presente invencion tambien puede ser una capa fotoabsorbente.
Si la capa que contiene Ag que compone la pelfcula selectiva optica de la presente invencion ha de ser una capa fotoabsorbente, puede ser una capa de cermet (ceramica metal = cermet). Una capa de cermet que compone la pelfcula selectiva optica de la presente invencion puede estar compuesta de un material compuesto de partículas de plata o nanopartículas de plata y oxido de aluminio (AhOs), puede estar compuesta de un material compuesto de partículas de plata o nanopartículas de plata y oxido de zirconio (ZrO o ZrO2), o puede estar compuesta de un material compuesto de partículas de plata o nanopartículas de plata y dioxido de silicio (SO 2). El espesor de la capa de cermet es preferentemente 60 nm a 180 nm y con mayor preferencia 80 nm a 150 nm.
La pelfcula selectiva optica de la presente invencion puede incluir una capa dielectrica transparente como capa antirreflectante. La capa dielectrica transparente que compone la pelfcula selectiva optica de la presente invencion no esta particularmente restringida, y los ejemplos incluyen una capa de SO 2, capa de AhO3 , capa de AlN o lo similar, siendo preferida una capa de SO 2. El espesor de la capa dielectrica transparente que compone la pelfcula selectiva optica de la presente invencion puede ser cualquier espesor deseado, siempre que se exhiba el efecto de la presente invencion, y es preferentemente un espesor de 10 nm a 500 nm.
La pelfcula selectiva optica de la presente invencion puede obtenerse mediante cualquier metodo de produccion deseado que sea publicamente conocido. La pelfcula selectiva optica de la presente invencion puede producirse, por ejemplo, mediante deposicion ffsica en fase vapor (PVD), pulverizacion catodica o lo similar, donde la temperatura del sustrato de la pelfcula selectiva optica de la presente invencion es la temperatura ambiente.
La pelfcula selectiva optica de la presente invencion se explicara ahora en mayor detalle con referencia a la Figura 1 y la Figura 2. Cabe mencionar que la pelfcula selectiva optica de la presente invencion no se limita a la realizacion de la presente invencion mostrada en la Figura 1 y Figura 2, siempre que este dentro del alcance del objetivo y la idea esencial de la presente invencion.
La Figura 1 es un dibujo esquematico en seccion transversal de una pelfcula selectiva optica 1, como una realizacion preferida de una pelfcula selectiva optica de la presente invencion. La pelfcula selectiva optica 1 de acuerdo con una realizacion de la presente invencion tiene una capa antidifusion de Ag (12) laminada sobre una capa que contiene Ag (11). La pelfcula selectiva optica 1 es una pelfcula selectiva optica en la cual la capa antidifusion de Ag (12) esta laminada sobre un lado de la capa que contiene Ag (11).
La Figura 2 es un dibujo esquematico en seccion transversal de una pelfcula selectiva optica 2, como otra realizacion preferida de una pelfcula selectiva optica de la presente invencion. La pelfcula selectiva optica 2 de esta realizacion de la presente invencion tiene una capa que contiene Ag (22) laminada sobre una capa antidifusion de Ag (21), con una capa antidifusion de Ag (23) laminada adicionalmente sobre la capa que contiene Ag (22). La pelfcula selectiva optica 2 es una pelfcula selectiva optica en la cual la capa antidifusion de Ag (21) y la capa antidifusion de Ag (23) estan laminadas sobre ambos lados de la capa que contiene Ag (22).
Ejemplos
Ahora se proporcionaran ejemplos para una explicacion mas concreta de la presente invencion. Cabe mencionar que la presente invencion no se limita a estos ejemplos, siempre que este dentro del alcance del objetivo y la idea esencial de la presente invencion.
(Ejemplo 1, no forma parte de la presente invencion)
Se fabrico la pelfcula selectiva optica 3 ilustrada en la Figura 3. Se lamino una capa de Ag (31) sobre un sustrato de cuarzo (no mostrado) a temperatura ambiente mediante pulverizacion catodica de Ag (plata) como diana, y despues se uso FeSi2 como diana de la pulverizacion catodica para formar una capa de FeSi2 (32) sobre la capa de Ag (31), formando una pelfcula selectiva optica 3.
Despues, la pelfcula selectiva optica 3 se calento a 700 °C durante 1 hora. La Figura 4 muestra un dibujo esquematico en seccion transversal de la pelfcula selectiva optica 3 antes y despues del calentamiento. Como se muestra en la Figura 4, las partículas de Ag (plata) (33) en la capa de Ag (31) no estan difundidas en la capa de FeSi2 (32) despues del calentamiento.
A continuacion, para verificar que las partículas de Ag (plata) (33) en la capa de Ag (31) no se habfan difundido en la capa de FeSi2 (32) despues del calentamiento, el valor medido de las caractensticas opticas de la pelfcula selectiva optica 3 despues del calentamiento se comparo con el valor calculado de las caractensticas opticas de la pelfcula selectiva optica 3 y se evaluo.
Primero se formaron pelfculas monocapa de cada una de las capas de Ag (31) y de FeSi2 (32), como las capas
constituyentes de la pelmula selectiva optica 3 despues del calentamiento, y se midieron con un elipsometro espectroscopico y un espectrofotometro, y cada una de las constantes opticas (mdice de refraccion n1 y coeficiente de extincion k1) de la capa de Ag (31) y las constantes opticas (mdice de refraccion n2 y coeficiente de extincion k2) de la capa de FeSi2 (32) de la pelmula selectiva optica 3 se calculo a partir de los datos de medicion del elipsometro espectroscopico y las propiedades de reflectancia y propiedades de transmitancia medidas por el espectrofotometro. Basandose en las constantes opticas (mdice de refraccion n1 y coeficiente de extincion k1) de la capa de Ag (31) y las constantes opticas (mdice de refraccion n2 y coeficiente de extincion k2) de la capa de FeSi2 (32) calculadas, se uso una pelmula multicapa analoga para calcular la reflectancia optica (%) de la pelmula selectiva optica 3 (espesores de pelmula correspondientes de 25 nm para la capa de FeSi2 y 100 nm para la capa de Ag). La Figura 5 muestra los resultados de la comparacion entre el valor medido de reflectancia optica (%) de la pelmula selectiva optica 3 obtenido con un espectrofotometro y el valor calculado de reflectancia optica.
Como se muestra en la Figura 5, el valor medido y el valor calculado de reflectancia optica (%) de la pelmula selectiva optica 3 coinciden esencialmente en todo el rango de longitud de onda, y se confirmo que la funcion reflectora de rayos infrarrojos de la capa de Ag (31) no se habfa reducido despues del calentamiento. Por lo tanto, se verifico que las partmulas de Ag (plata) (33) en la capa de Ag (31) no estaban difundidas en la capa de FeSi2 (32) despues del calentamiento, como se ilustra en la Figura 4.
(Ejemplo comparativo 1)
Se fabrico la pelmula 4 mostrada en la Figura 6. Se lamino una capa de Ag (34) sobre un sustrato de cuarzo (no mostrado) a temperatura ambiente mediante pulverizacion catodica de Ag (plata) como diana, y despues se uso SiO2 como diana de la pulverizacion catodica para formar una capa de SiO2 (35) sobre la capa de Ag (34), formando una pelmula 4.
Despues, la pelmula 4 se calento a 700 °C durante 1 hora. La Figura 7 muestra un dibujo esquematico en seccion transversal de la pelmula 4 antes y despues del calentamiento. Como se muestra en la Figura 7, las partmulas de Ag (plata) (36) en la capa de Ag (34) estan difundidas a traves de la totalidad de la pelmula 4 despues del calentamiento.
A continuacion, para verificar que las partmulas de Ag (plata) (36) en la capa de Ag (34) se habfan difundido a traves de la totalidad de la pelmula 4, el valor medido de las caractensticas opticas de la pelmula 4 despues del calentamiento se comparo con el valor calculado de las caractensticas opticas de la pelmula 4 y se evaluo.
Primero se formaron pelmulas monocapa de cada una de las capas de Ag (34) y de SO 2 (35), como las capas constituyentes de la pelmula 4 despues del calentamiento, y se midieron con un elipsometro espectroscopico y un espectrofotometro, y cada una de las constantes opticas (mdice de refraccion n1 y coeficiente de extincion k1) de la capa de Ag (34) y las constantes opticas (mdice de refraccion n3 y coeficiente de extincion k3) de la capa de SO 2 (35) de la pelmula 4 se calculo a partir de los datos de medicion del elipsometro espectroscopico y las propiedades de reflectancia y propiedades de transmitancia medidas por el espectrofotometro. Basandose en las constantes opticas (mdice de refraccion n1 y coeficiente de extincion k1) de la capa de Ag (34) y las constantes opticas (mdice de refraccion n3 y coeficiente de extincion k3) de la capa de SO 2 (35) calculadas, se uso una pelmula multicapa analoga para calcular la reflectancia optica (%) de la pelmula 4 (espesores de pelmula correspondientes de 100 nm para la capa de SO 2 y 100 nm para la capa de Ag). La Figura 8 muestra los resultados de la comparacion entre el valor medido de reflectancia optica (%) de la pelmula 4 obtenido con un espectrofotometro y el valor calculado de reflectancia optica.
Como se muestra en la Figura 8, el valor medido y el valor calculado de reflectancia optica (%) de la pelmula 4 difirieron considerablemente, siendo el valor medido de reflectancia optica (%) reducido a aproximadamente 40% de aquel a una longitud de onda de aproximadamente 1000 nm, y se confirmo que la funcion reflectora de rayos infrarrojos de la capa de Ag (34) se habfa reducido despues del calentamiento. Por lo tanto, se verifico que las partmulas de Ag (plata) (36) en la capa de Ag (34) estaban difundidas a traves de la totalidad de la pelmula 4 despues del calentamiento, como se ilustra en la Figura 7.
Ademas, como muestra la fotograffa de microscopfa optica en la Figura 9, se confirmo que las partmulas de Ag (plata) (36) en la capa de Ag (34) se habfan difundido a traves de la totalidad de la pelmula 4 despues del calentamiento, con las partmulas de Ag (plata) (37) y partmulas de SO2 (38) mezcladas por la difusion de las partmulas de Ag (plata) (37).
Lista de signos de la referencia
1 Pelmula selectiva optica
2 Pelmula selectiva optica
3 Pelmula selectiva optica formada en el Ejemplo 1
4 Pelmula formada en el Ejemplo comparativo 1
Capa que contiene Ag Capa antidifusion de Ag Capa antidifusion de Ag Capa que contiene Ag Capa antidifusion de Ag Capa de Ag
Capa de FeSi2 Partfcula de Ag (plata) Capa de Ag
Capa de SiO2 Partfcula de Ag (plata) Partfcula de Ag (plata) Partfcula de SO 2
Claims (4)
1. Una peKcula selectiva optica que incluye al menos una capa que contiene Ag y una capa antidifusion de Ag situada adyacente a la capa que contiene Ag, contribuyendo la pelfcula selectiva optica a la conversion de la luz en calor, caracterizada por que la capa antidifusion de Ag incluye p-FeSi2 o a-FeSi2.
2. La pelfcula selectiva optica segun la reivindicacion 1, en donde la capa que contiene Ag es una pelfcula reflectante de infrarrojos.
3. La pelfcula selectiva optica de segun las reivindicaciones 1 o 2, en donde al menos la capa que contiene Ag y la capa antidifusion de Ag estan laminadas en ese orden.
4. La pelfcula selectiva optica segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde al menos la capa antidifusion de Ag, la capa que contiene Ag y la capa antidifusion de Ag estan laminadas en ese orden.
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