Design of broadband antireflective layer stacks with low surface energy prepared by sol-gel method on glass for photovoltaic application

236 p.En el Capítulo 1 de este trabajo de investigación, se introducen los aspectos relevantes relativos la tecnología fotovoltaica, tales como los tipos de células solares, así como la forma en la que estas células se integran en el módulo, y algunos requerimientos de los materiales. A continuación, se introducen los materiales, tecnologías y rutas de síntesis más prometedoras que permiten depositar recubrimientos anti-reflectantes mecánicamente robustos, con propiedades combinadas de anti-ensuciamiento. Las técnicas experimentales, sus fundamentos físicos, y el equipamiento utilizado para el desarrollo del trabajo se describen en el Capítulo 2. En el Capítulo 3, se presenta el diseño óptico teórico del sistema de recubrimientos que permiten maximizar la transmitancia óptica, en el rango de longitudes de onda en los que determinados tipos de células solares son activas. A continuación, se presenta el método experimental de síntesis de los recubrimientos cuyas cualidades objetivo has sido obtenidas en el cálculo teórico. En el Capítulo 4 se han preparado recubrimientos ó funcionalizaciones para obtener superficies con baja energía libre superficial que potencialmente repelan el agua, contaminantes y polvo. En el Capítulo 5, los sistemas de recubrimiento más prometedores se han sometido a una batería más completa ensayos de fiabilidad, algunos de ellos utilizados por la industria fotovoltaica para validar los materiales y componentes utilizados en la fabricación de módulos fotovoltaicos. Este trabajo de investigación se concluye con un Capitulo 6 que contiene conclusiones generales, líneas futuras y producción científica

Design of broadband antireflective layer stacks with low surface energy prepared by sol-gel method on glass for photovoltaic application

236 p.En el Capítulo 1 de este trabajo de investigación, se introducen los aspectos relevantes relativos la tecnología fotovoltaica, tales como los tipos de células solares, así como la forma en la que estas células se integran en el módulo, y algunos requerimientos de los materiales. A continuación, se introducen los materiales, tecnologías y rutas de síntesis más prometedoras que permiten depositar recubrimientos anti-reflectantes mecánicamente robustos, con propiedades combinadas de anti-ensuciamiento. Las técnicas experimentales, sus fundamentos físicos, y el equipamiento utilizado para el desarrollo del trabajo se describen en el Capítulo 2. En el Capítulo 3, se presenta el diseño óptico teórico del sistema de recubrimientos que permiten maximizar la transmitancia óptica, en el rango de longitudes de onda en los que determinados tipos de células solares son activas. A continuación, se presenta el método experimental de síntesis de los recubrimientos cuyas cualidades objetivo has sido obtenidas en el cálculo teórico. En el Capítulo 4 se han preparado recubrimientos ó funcionalizaciones para obtener superficies con baja energía libre superficial que potencialmente repelan el agua, contaminantes y polvo. En el Capítulo 5, los sistemas de recubrimiento más prometedores se han sometido a una batería más completa ensayos de fiabilidad, algunos de ellos utilizados por la industria fotovoltaica para validar los materiales y componentes utilizados en la fabricación de módulos fotovoltaicos. Este trabajo de investigación se concluye con un Capitulo 6 que contiene conclusiones generales, líneas futuras y producción científica

Recubrimientos antirreflectantes (AR) obtenidos vía sol-gel para aplicación en módulos de concentración fotovoltaica (CPV)

La Tecnología de Concentración Fotovoltaica (CPV), se basa en el uso de sistemas ópticos (refractivos o reflexivos) para concentrar la radiación solar en un área pequeña, lo que permite utilizar células solares de muy alta eficiencia. La mayoría de sistemas CPV utilizan células multiunión III-V, altamente optimizadas para cubrir gran parte del espectro solar. El objetivo final de los sistemas CPV es reducir el coste de la electricidad generada mediante la sustitución del tamaño de célula por dispositivos ópticos menos costosos y de tecnología más accesible. Los módulos CPV utilizan cubiertas frontales de vidrio para proteger la célula de agresiones medioambientales. El tipo de vidrio más utilizado se conoce como vidrio extraclaro, que es vidrio flotado con bajo contenido en hierro, lo que permite obtener una alta transmitancia hacia las células. Sin embargo, debido a las diferencias en los índices de refracción entre el vidrio y el aire, se produce reflexión en la intercara que da lugar a la pérdida de radiación que atraviesa el vidrio. Los recubrimientos antirreflectantes (AR) con índice de refracción gradual entre los del aire y el vidrio, permiten minimizar estas pérdidas por reflexión. Este trabajo ha consistido en el desarrollo recubrimientos AR, que deben asegurar un alto valor de transmitancia en el amplio rango del espectro donde operan las células multiunión, y debe soportar condiciones ambientales extremas, con unas propiedades duraderas a la vez que deben facilitar los procesos de limpieza con mínimas pérdidas en transmitancia. En primer lugar, mediante un programa de simulación de propiedades ópticas (software CODE) se han obtenido las características (espesor e índice de refracción) del sistema de recubrimientos que optimiza la transmitancia en el rango de longitudes de onda de interés. El material seleccionado ha sido SiO2 con distintos porcentajes de porosidad, y se han sintetizado los recubrimientos mediante tecnología sol-gel. Esta técnica, permite sintetizar materiales cerámicos de alta pureza y homogeneidad por medio de técnicas diferentes a los procesos tradicionales de fusión de óxidos, a Temperatura mucho más baja. El proceso sol-gel envuelve la transición de un sistema desde una fase líquida “sol” hasta una fase sólida “gel”. Aplicando este proceso es posible fabricar materiales en una amplia variedad de formas tales como: polvos ultra finos o esféricos, capas de película fina, fibras cerámicas, membranas microporosas inorgánicas, materiales aerogel extremadamente porosos, etc. Se ha realizado un estudio de síntesis de soles para la obtención de los recubrimientos deseados, ajustando la formulación del sol, concentración de precursores, parámetros de deposición, temperatura de sinterizado, etc. basado principalmente en la caracterización de espesor, porosidad y propiedades ópticas (transmitancia, reflectancia, índice de refracción). Finalmente se han diseñado varios sistemas multirrecubrimiento y se han realizado ensayos de envejecimiento acelerado (IEC- 62108) y abrasión/simulación de proceso de limpieza.Máster Universitario en Ingeniería de Materiales y Fabricación por la Universidad Pública de NavarraMaterialen eta Fabrikazioaren Ingeniaritzako Unibertsitate Masterra Nafarroako Unibertsitate Publikoa

Antireflective mesoporous silica coatings by optimization of water content in acid-catalyzed sol-gel method for application in glass covers of concentrated photovoltaic modules

Porous silica layers with outstanding antireflective properties have been prepared by acid-catalyzed sol-gel process in presence of organic phases as structure directing agents (SDA) and excess water, with the aim of offering a cost-competitive, easy up-scaling and high efficiency process that contributes to reduce current levelized cost of energy (LCOE) of concentrating photovoltaics (CPV). The process has been optimized by controlling the water/alkoxide ratio, which is an important structure-regulating tool, having a strong influence in the structural properties of sol-gel synthesized materials. Hydrolysis of the inorganic precursor has been accomplished in high water/alkoxide conditions and in the presence of SDAs. Evaporation induced self-assembly (EISA) during coating deposition and the scanning of four types of SDAs have permitted to select the coating that fulfilled specific thickness and refractive index values with, in parallel, excellent results on sol stability. The final optimization has produced mesoporous coatings with ∼9 nm mean pore size, leading to an enhancement in transmittance up to 7.4% over bare glass in the 300–1500 nm wavelength range. The transmittance spectra have been used as inputs for the theoretical calculation of the short-circuit current density of a commercially available multijunction solar cell for CPV applications.This work was supported by the Basque Government for EMAI-TEK 2017 program as well as theELKARTEK projects FRONTIERS-2(contract number KK2016-00093) and FRONTIERS-3 (contractnumber KK2017-00096). The authors thank ICV-CSIC, Yolanda Cas-tro and Alicia Durán for ellipsometry and EEP measurements. Theauthors thank Miguel Pérez-Aradros for the help with graphicalabstract illustration

Polyfluoroalkyl-silica porous coatings with high antireflection properties and low surface free energy for glass in solar energy application

Polyfluoroalkyl-silica porous coating stacks with durable antireflection (AR) properties have been obtained for photovoltaic (PV) application. An acid-catalyzed sol-gel process combined with evaporation induced self-assembly and the presence of a non-hydrolyzable polyfluoroalkyl group linked to the central atom of the silicon alkoxide was conducted. The aim was to obtain a low surface energy coating, devised to mitigate soiling adherence, without losing the AR properties of a baseline coating. In particular, the influence of polyfluoroalkyl chain length on the thickness, the water contact angle and optical transmission properties was first analyzed. The optimized polyfluoroalkyl-silica porous coating presented low surface energy < 20 mJ/m2, even with the desired low roughness values required for obtaining a negligible scattering of the incoming solar radiation. This coating was studied as an AR mono-layer and as an external coating in an AR bi-layer stack, with the presence of an inner dense-structured silica layer, that contributed to both the optical performance and durability, acting as an alkali diffusion preventing layer. The AR bi-layer stack deposited on two sides of glass provided a transmittance gain of 7.1%. Those optical properties were inalterable after accelerated aging tests, which sustains the reliability of the materials for solar energy applications.This work was supported by the Basque Government through EMAITEK 2017 program as well as the ELKARTEK projects FRONTIERS-2 (contract number KK2016-00093 ) and FRONTIERS-3 (contract number KK2017-00096 ). The authors thank ICV-CSIC, Yolanda Castro and Alicia Durán for their support with ellipsometry and EEP measurements. The authors thank Italian National Agency for New Technologies, Energy and Sustainable Economic Development (ENEA) for their collaboration with the aging tests. The authors thank Miguel Pérez-Aradros for the help with graphical abstract illustration

Design of Corrosion Protective and Antistatic Hybrid Sol-Gel Coatings on 6XXX AlMgSi Alloys for Aerospace Application

An inorganic–organic coating based on glycidyl-functionalized silica and zirconia was synthesized by sol-gel technology to protect three types of AlMgSi (6XXX series) alloys against corrosion in aerospace applications. Different parameters such as the solid content, the organic/inorganic ratio of the sols and the deposition conditions were studied with the aim to achieve a tradeoff between the corrosion protection, antistatic performance and low vacuum-induced outgassing. Those parameters directly influence the thickness and the density of the coatings, and therefore the barrier effect against corrosion and the contact electrical resistance, which are affected in opposite ways. To obtain a low contact electrical resistance, silver nanowires (NW) with a high aspect ratio were loaded in the sol-gel matrix with the aim to create a conductive path through the hybrid coating with a low concentration of NWs. The coatings were adapted for AA6063, AA6061 and AA6082, and they all showed an outstanding anti-corrosion performance in different artificial weathering tests, whereas electrochemical impedance spectroscopy permitted the identification of the most critical parameters affecting water uptake. An antistatic performance was demonstrated by the low contact electrical resistance of the coated AA6061 and AA6063 alloys, although the incorporation of NWs showed a detrimental effect on the corrosion protection compared with the unloaded coatingThis work has received funding from the European Union’s Horizon 2020 Research and Innovation Programme within the project PEGASUS under Grant Agreement no. 640143; from the European Space Agency within ESA ITI Programme under contract number 4000124218 (IRUCOAT4SPACE project) and from the Basque Government through FRONTIERS IV project (ELKARTEK 2018, KK-2018/00108)

Challenges on Optical Printing of Colloidal Nanoparticles

While colloidal chemistry provides ways to obtain a great variety of nanoparticles with different shapes, sizes, material composition, and surface functions, their controlled deposition and combination on arbitrary positions of substrates remains a considerable challenge. Over the last ten years, optical printing arose as a versatile method to achieve this purpose for different kinds of nanoparticles. In this article, we review the state of the art of optical printing of single nanoparticles and discuss its strengths, limitations, and future perspectives, by focusing on four main challenges: printing accuracy, resolution, selectivity, and nanoparticles photostability.Fil: Violi, Ianina Lucila. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Centro de Investigaciones en Bionanociencias "Elizabeth Jares Erijman"; Argentina. Universidad Nacional de San Martin. Instituto de Nanosistemas; ArgentinaFil: Martínez, Luciana Paula. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Centro de Investigaciones en Bionanociencias "Elizabeth Jares Erijman"; ArgentinaFil: Barella, Mariano. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Centro de Investigaciones en Bionanociencias "Elizabeth Jares Erijman"; ArgentinaFil: Zaza, María Cecilia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Centro de Investigaciones en Bionanociencias "Elizabeth Jares Erijman"; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Física; ArgentinaFil: Chvátal, Lukás. Czech Academy of Sciences; República ChecaFil: Zemánek, Pavel. Czech Academy of Sciences; República ChecaFil: Gutierrez, Marina Veronica. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Delta; ArgentinaFil: Paredes, María Yanela. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Delta; ArgentinaFil: Scarpettini, Alberto Franco. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Delta; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Olmos Trigo, Jorge. Donostia International Physic Center; EspañaFil: Pais, Valeria Rocío. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Física; ArgentinaFil: Díaz Nóblega, Iván Agustín. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Física; ArgentinaFil: Cortés, Emiliano. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Ludwig Maximilians Universitat. Katholisch - Theologische Fakultat; AlemaniaFil: Sáenz, Juan José. Donostia International Physic Center; EspañaFil: Bragas, Andrea Veronica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Física; ArgentinaFil: Gargiulo, Julian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Centro de Investigaciones en Bionanociencias "Elizabeth Jares Erijman"; Argentina. Ludwig Maximilians Universitat. Katholisch - Theologische Fakultat; AlemaniaFil: Stefani, Fernando Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Centro de Investigaciones en Bionanociencias "Elizabeth Jares Erijman"; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Física; Argentin

Chromatin regulation by Histone H4 acetylation at Lysine 16 during cell death and differentiation in the myeloid compartment

Histone H4 acetylation at Lysine 16 (H4K16ac) is a key epigenetic mark involved in gene regulation, DNA repair and chromatin remodeling, and though it is known to be essential for embryonic development, its role during adult life is still poorly understood. Here we show that this lysine is massively hyperacetylated in peripheral neutrophils. Genome-wide mapping of H4K16ac in terminally differentiated blood cells, along with functional experiments, supported a role for this histone post-translational modification in the regulation of cell differentiation and apoptosis in the hematopoietic system. Furthermore, in neutrophils, H4K16ac was enriched at specific DNA repeats. These DNA regions presented an accessible chromatin conformation and were associated with the cleavage sites that generate the 50 kb DNA fragments during the first stages of programmed cell death. Our results thus suggest that H4K16ac plays a dual role in myeloid cells as it not only regulates differentiation and apoptosis, but it also exhibits a non-canonical structural role in poising chromatin for cleavage at an early stage of neutrophil cell death

Superhydrophobic and oleophobic microtextured aluminum surface with long durability under corrosive environment

Abstract Superhydrophobic (SHP) and oleophobic aluminum surfaces have been prepared through the combination of a scalable chemical microtexturing process and surface functionalization with long-chained polyfluoroalkyl moieties. The effect of an anodic layer on the microtextured surface has been assessed considering surface morphology, superhydrophobicity, surface mechanical properties and corrosion protection enhancement. The surface functionalization with polyfluoroalkyl moieties has been tackled in two different ways: (i) grafting of the polyfluoroalkyl moieties and (ii) deposition of a thin hybrid coating with low content of polyfluoroalkyl-containing compound. Aluminum surfaces showing high durability in salt spray environments, which maintain SHP and oleophobic properties at least up to 2016 h have been attained. Applications for this kind of surfaces range from easy-to-clean surfaces to anti-icing or anti-condensation functionalities that could be of interest for several sectors

Hydrophobic and spectrally broadband antireflective methyl-silylated silica coatings with high performance stability for concentrated solar applications

An efficient and environment-friendly process, consisting of acid-catalyzed sol-gel process combined with evaporation induced self-assembly, was conducted to build antireflective (AR) layer stacks for concentrated solar applications. Considering the external factors that may alter the optical properties of the system when operating outdoors, such as soiling, harsh climate conditions and alkali ions diffusion from glass, several stack configurations were proposed. Particularly, the effect of a methyl-silylating post-treatment, the presence of the inner layer and the optimization of sintering temperature have been devised in order to minimize soiling adherence and alkali diffusion from the glass substrate and to assure the required robustness to comply with the durability requirements. The assessment consisted of (i) an analysis of the optical transmittance, reflectance and refractive index and (ii) hydrophobicity and effect of water absorption on the external porous coatings in relation to the results of accelerated aging tests following photovoltaics standards. The main goal was to achieve the most rational design, based on a proper trade-off between cost efficiency, processability, optical properties and reliability during real life operation.This work was supported by the Basque Government throughEMAITEK 2017 program as well as the ELKARTEK projectsFRONTIERS-2 (contract number KK2016-00093) and FRONTIERS-3(contract number KK2017-00096).The authors thank ICV-CSIC, Yolanda Castro and Alicia Durán fortheir support with ellipsometry and EEP measurements.The authors thank Miguel Pérez-Aradros for the help with graphicalabstract illustration