WPE. Recubrimientos para aplicaciones ópticas y control eficiente de captación energía solar

El eje de actividad E va a abordar la investigación de nuevas familias de recubrimientos cuya composición y microestructura estén optimizadas para aportar propiedades ópticas destinadas a la captación de energía solar. Este reto tecnológico es de especial relevancia para aplicaciones como la conversión solar-térmica.

En este eje de actividad se pretende desarrollar 1 - herramientas de cálculo y simulación de respuestas ópticas en láminas delgadas y 2 – nuevos procesos de crecimiento de capas finas con el fin de controlar y predecir sus propiedades ópticas de índice de refracción, coeficiente de absorción, emisividad, etc.

Una de las principales estrategias de estudio es la síntesis y caracterización de nano-estructuras o composite metal-dieléctrico, en el que nano-partículas metálicas queden embebidas en una matriz con propiedades dieléctricas. La verificación de estas nano-estructuras requiere de un análisis de sus propiedades de crecimiento, micro-estructura y estabilidad térmica. Tecnologías como PVD y PECVD van a ser investigadas como alternativa a otros desarrollos previos que utilizan técnicas de menor capacidad para formar nano-estructuras. En este contexto, las aportaciones científico-tecnológicas de los ejes de actividad A-C son cruciales para alcanzar los objetivos propuestos.

Las tareas de este eje de actividad son las siguientes:

E1.

Desarrollo de revestimientos de baja emisividad en paneles de tipo vidrio y plástico. En efecto, los revestimientos de baja emisividad de infrarrojo tienen una aplicación de gran impacto en aplicaciones que requieran un control fino de flujos térmicos a través de ventanas y paneles, por ejemplo en edificios energéticamente eficientes. Las principales estrategias para lograr revestimientos con baja emisividad en el infrarrojo se basan en el apilamiento de capas metálicas y dieléctricas funcionales. El principal reto de FUNCOAT es el de desarrollar nuevas nano-estructuras capaces de alcanzar emisividades ultra-bajas, y extender la aplicación de estos desarrollos a nuevos tipos de substratos funcionales como materiales plásticos.

E2.

Desarrollo de recubrimientos conductores transparentes para prevenir la acumulación de carga estática en vidrios. FUNCOAT priorizará los desarrollos basados en óxidos de zinc u otros óxidos, y su depósito en substratos no convencionales como vidrio, y plásticos. Los retos tecnológicos a resolver son entre otros a adherencia del material y su estabilidad térmica y ambienta. Una de las vías para superar este reto es el de la funcionalización de los plásticos mediante tratamientos de superficie químicos o físicos. Otras aplicaciones de estos revestimientos son las superficies antirreflectantes para obtener mayores rendimientos en conversión fotovoltaica.

E3.

Desarrollo de recubrimientos composite Metal-Dieléctro. Formación de nanopartículas metálicas de W, Mo, Ti, Ta, embebidas en matrices dieléctricas Al2O3, SiO2, AlN, SiN, SnO2, con alta conductividad térmica. FUNCOAT propone el studio de nuevas formulaciones y nano-estructuras para el desarrollo de revestimientos con absorción selectiva de radiación en colectores térmicos solares.  De Nuevo, el control de la nano-estructura abre nuevas posibilidades de investigación en términos de  superación de rendimientos de materiales que trabajan a alta temperatura (hasta 400ºC). Otros campos de aplicación, tales como sensórica, encuentran nuevas posibilidades de investigación en los composites Metal-Dieléctrico gracias a la dependencia de las propiedades de excitación plasmónica en función de la micro/nano estructura del composite.

La relación entre las diferentes actividades entre sí y con los otros ejes de actividad se representa en el siguiente diagrama.