Solar. Las Películas Delgadas de Trióxido de Wolframio WO3. Sol-Gel

Se ha evolucionado en algunos campos como por ejemplo en la denominada edificación bioclimática  que consiste en diseñar edificios teniendo en cuenta la situación meteorológica de la zona donde se vaya a construir, haciendo uso de  dispositivos como las ventanas inteligentes, baterías y placas solares

Uno de los problemas actuales de la sociedad es el excesivo consumo de energía que generamos y del que, en gran parte, no somos conscientes. Bien es sabido que consumir energía es sinónimo de vivir, es decir, de movimiento, de transformación, de evolución, pero siempre dentro de unos límites ajustados a nuestras necesidades, de modo que con dicho consumo se trate de aprovechar al máximo las posibilidades contenidas en la energía.

A lo largo de la historia, el ser humano se ha beneficiado, despreocupadamente, de estas necesidades energéticas extraídas de la Tierra, con la combustión de carburantes fósiles, como carbón, petróleo y gas natural. Pero los excesos no son buenos, por lo que cuando estos límites se sobrepasan, nos encontramos ante una situación perjudicial que debemos solventar tomando medidas de prevención para atenuar los efectos negativos, ya que los recursos naturales se agotan.

Es en estos casos cuando el ingenio se agudiza y la ciencia cobra sentido investigando, desarrollando, innovando, en definitiva, dando soluciones. Así pues, la creación de nuevos dispositivos que ayuden a respetar el medioambiente, aprovechando racionalmente los bienes del planeta, como es la energía solar, eólica y/o hidráulica, es el objetivo principal.

La radiación solar constituye la principal fuente de energía renovable a nuestro alcance, pero posee un gran inconveniente y es el de no disponer de sistemas eficientes de captación y/o transformación.

Sin embargo, se ha evolucionado en algunos campos como por ejemplo en la denominada edificación bioclimática (http://www.solartec.org/SVbioclimatica.htm), que consiste en diseñar edificios teniendo en cuenta la situación meteorológica de la zona donde se vaya a construir, haciendo uso de materiales que saquen un máximo rendimiento a la radiación solar y en la que las herramientas para conseguir un mayor confort son dispositivos como las ventanas inteligentes, baterías y placas solares.

Las ventanas inteligentes forman parte de estos dispositivos de nueva generación y su funcionamiento está directamente relacionado con películas delgadas de óxido de wolframio que son considerados, a su vez, materiales inteligentes, con capacidad de activarse como sensores mediante la luz solar o la temperatura y dar una respuesta térmica.

Las películas delgadas de trióxido de wolframio (WO3) poseen propiedades electrocrómicas (http://e-archivo.uc3m.es/bitstream/10016/3197/1/nuevos_materiales_electrocromicos2.pdf) que consisten en un cambio de coloración de la película al ser sometida a una diferencia de potencial.

La técnica de obtención de estas películas delgadas de WO3 se realiza mediante el procedimiento de sol-gel (http://www.solgel.com/), mejorando sus propiedades y abaratando los costos de producción.

Las ventajas de esta técnica residen en la química básica, así como en el proceso práctico y la posibilidad de obtener vidrios y sólidos amorfos singulares, es decir, con propiedades muy superiores a las que fuera del intervalo normal de formación del vidrio o con estructuras muy diferentes de las encontradas con frecuencia.

El proceso puede llevarse a cabo mediante dos vías diferentes, esto es, a partir de suspensiones coloidales de sílice, o bien mediante hidrólisis (http://www.quimica.aeok.org.ar/Materias/Quinto/QACl/Qacl-1/Hidrolisis.pdf) de los precursores moleculares y policondensación a una forma vidriosa (matrices amorfas). Siendo ésta última forma la utilizada para crecer el WO3.

Estas películas delgadas de WO3 se preparan sobre sustratos de vidrio recubiertos con óxido de indio-estaño (ITO) con WO6 como precursor y alcohol isopropílico como solvente. La aplicación de estas películas por el método de sol-gel suele realizarse por rotación de sustratos o spin-coating (http://www.cpmt.org/mm/pkglab/theory/spin_theory.html), que consiste en crecer las capas a medida que hacemos girar el sustrato con una velocidad constante y así conseguir el esparcimiento de la solución. Una vez obtenido el material (la capa) se le da un tratamiento térmico (entre 500 y 700ºC, debido a que la temperatura incrementa el tamaño de los granos y la porosidad) a presión constante de modo que obtengamos el espesor deseado, no superior a 5 µm.

Del mismo modo, en las células solares se crecen capas de diversos óxidos puesto que éstos son capaces de incrementar la eficiencia de conversión del dispositivo. Una de las necesidades actuales es el hecho de reducir sustancialmente el costo de estas placas, de modo que se buscan materiales y/o técnicas de fabricación que se adecuen a estas circunstancias. Pues bien, las películas delgadas de CU2O crecidas mediante el procedimiento del sol-gel resuelven esta cuestión, es decir, se consiguen abaratar el presupuesto y además, se consiguen eficiencias de conversión de la energía solar en energía eléctrica elevadas.

La preparación de estas capas de Cu2O también sigue el método de la rotación del sustrato, es decir, se crece dicho óxido sobre un sustrato de ITO (al igual que el WO3), con una solución de acetato monohidratado de Cu (II), mezclado con monoetanolamina y agua desionizada, a una velocidad constante y un tratamiento térmico posterior para asegurar la distribución homogénea en el crecimiento.

Así pues, tanto el WO3 como el Cu2O, son óxidos peculiares que, crecidos siguiendo el mismo proceso tecnológico y económico, son capaces de ahorrar energía, puesto que aumentan la eficiencia de los dispositivos de los que forman parte, utilizando como fuente de alimentación el Sol