Thesis:

Vidrio nanoestructurado como superficie autolimpiante hidrofóbica para módulos fotovoltaicos

En este trabajo se busca nanoestructurar la superficie del vidrio para modificar las propiedades de wetting (mojamiento) con el fin de obtener una superficie hidrofóbica y que esto funcione como superficie autolimpiante en los módulos fotovoltaicos del Desierto de Atacama. Hemos probado 2 métodos para nanoestructurar la superficie del vidrio con el fin de cambiar sus propiedades de mojamiento. En uno de ellos se generó una nanoestructura desordenada a través de películas metálicas y en el otro se buscó una estructura ordenada por litografía suave. En el primer caso se depositaron distintos espesores nominales de plata, oro y cobre sobre vidrio. Luego la muestra se somete a un proceso térmico (annealing) donde pasan por un mecanismo de maduración de Ostwald [1,2]. Aquí es donde se forman nanopartículas de metal que son utilizadas como nanomáscara para el grabado de vidrio, se realiza con reactive ion etching (RIE, grabado por iones reactivos) y wet chemical etching. Posteriormente se elimina la nanomáscara metálica. El segundo método consistió en generar una estructura ordenada por litografía suave con un DVD como molde en PDMS (polidimetilsiloxano) que se transfirió con PMMA (polimetilmetacrilato) sobre el vidrio y se sometió a RIE. Tras cada etapa del proceso de nanoestructuración caracterizamos las muestras con espectroscopía de energía dispersiva de rayos X (EDS) para verificar que los granos sean del material depositado correspondiente. La morfología de las muestras se observó con microscopio de fuerza atómica (AFM) y con microscopio electrónico de barrido (SEM). Con respecto a las propiedades ópticas, hemos medido como cambia la transmitancia a través del espectrofotómetro. Finalmente, para analizar las propiedades de mojamiento, realizamos mediciones de ángulo de contacto en el goniómetro. Se logró nanoestructurar de forma desordenada la superficie del vidrio. Las caracterizaciones muestran que la temperatura del annealing, así como también distintos metales, espesores nominales y el tipo de grabado cambia el ángulo de contacto de la superficie del vidrio. Además, al cambiar la mojamiento del vidrio a través de la nanoestructuración no se altera significativamente su transmitancia. El mayor ángulo de contacto (67°, de un vidrio con 35° +- 8° de ángulo de contacto original) se obtuvo a través de una nanomáscara metálica de 20 nm de oro recocida a 300°C durante una hora.

This work aims to nanostructure the glass surface to modify its wetting properties, thereby obtaining a hydrophobic surface that functions as a self-cleaning surface for photovoltaic modules in the Atacama Desert. We tested two methods for nanostructuring the glass surface to alter its wetting properties. One method generated a disordered nanostructure using metallic films, while the other sought an ordered structure through soft lithography. In the first case, different nominal thicknesses of silver, gold, and copper were deposited onto the glass. The sample was then subjected to a thermal process (annealing) where it underwent an Ostwald ripening mechanism [1,2]. This process resulted in the formation of metal nanoparticles, which were used as a nanomask for glass etching. The etching was performed using reactive ion etching (RIE) and wet chemical etching. Subsequently, the metallic nanomask was removed. The second method involved generating an ordered structure by soft lithography using a DVD as a template in PDMS (polydimethylsiloxane), which was transferred onto glass with PMMA (polymethyl methacrylate) and subjected to RIE (reverse etching). After each stage of the nanostructuring process, we characterized the samples with energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) to verify that the grains were of the corresponding deposited material. The morphology of the samples was observed with atomic force microscopy (AFM) and scanning electron microscopy (SEM). Regarding optical properties, we measured changes in transmittance using a spectrophotometer. Finally, to analyze the wetting properties, we performed contact angle measurements using a goniometer. Disordered nanostructuring of the glass surface was achieved. The characterizations show that the annealing temperature, as well as different metals, nominal thicknesses, and the etching method, affect the contact angle of the glass surface. Furthermore, changing the glass's wettability through nanostructuring does not significantly alter its transmittance. The largest contact angle (67°, compared to an original contact angle of 35° ± 8°) was achieved using a 20 nm gold metallic nanomask annealed at 300°C for one hour.