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CASTELLÓN (ESPAÑA) 2008

FUNCIONALIZACIÓN DE LA SUPERFICIE DE BALDOSAS CERÁMICAS POR MEDIO DE

CÉLULAS FOTOVOLTAICAS

S. Fazio(1,2), B. Mazzanti(1),G. Ridolfi(1), A. Salomoni(1), I. Stamenkovic(1)

(1)Centro Cerámico de Bolonia, Bolonia, Italia.(2)DICASM, Universidad de Bolonia, Bolonia, Italia.

RESUMEN

En el Centro Italiano de Cerámica, se ha establecido el laboratorio especializado CECERBENCH para estudiar y desarrollar cerámicas de construcción con superficie funcional. Se le ha asignado a este laboratorio la tarea de proporcionar asistencia técnica y apoyo continuado no sólo a los productores de baldosa cerámica de la Región Emilia-Romana, sino también a otros productores Italianos y extranjeros, habilitándolos de esta forma para llegar a dominar las tecnologías de fabricación de productos finales con un alto valor añadido.

El Laboratorio CECERBENCH se centra en el desarrollo de baldosas cerámicas que tengan propiedades superficiales poco usuales y, por consiguiente, un alto potencial de mercado. Inicialmente, su trabajo ha estado dedicado al desarrollo de cerámica para revestimientos de pared exterior con una superficie capaz de generar electricidad a través del efecto fotovoltaico.

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1. INTRODUCCIÓN

El Laboratorio CECERBENCH, dedicado al desarrollo de baldosas cerámicas con superficies funcionales, fue establecido dentro del Centro Cerámico de Bolonia. La finalidad es la de satisfacer las necesidades de los fabricantes de baldosa cerámica, y desarrollar nuevos productos que tengan nuevas funciones a la vez que mantienen sus características estéticas y funcionales, por ej. autolimpiables, fotoactivos, antibacterianos, catalíticos, etc.

Inicialmente, las actividades de investigación se han concentrado en el desarrollo de procesos y operaciones unitarias con el fin de realizar una baldosa cerámica para fachadas de edificios, capaces de convertir la energía solar en energía eléctrica, explotando el efecto fotovoltaico. Evidentemente, estas baldosas mantienen su rol básico de aislamiento térmico del edificio, ya que son usadas como recubrimientos de edificios.

La investigación en el Laboratorio CECERBENCH incluye: (1) desarrollo de materiales de revestimiento que actúen como células fotovoltaicas para la aplicación sobre baldosas, (2) el desarrollo de una tecnología orientada a la cerámica para fabricar, junto con la cocción del sustrato cerámico, un recubrimiento capaz de transformar la luz del sol en energía eléctrica y (3) el desarrollo de pautas para el uso de baldosas “fotovoltaicas” para revestir los edificios. El traslado de las tecnologías ya desarrolladas hacia los fabricantes de baldosas cerámicas les facilitará nuevas oportunidades para la diversificación del producto.

2. PLANIFICACIÓN DE LAS ACTIVIDADES DE INVESTIGACIÓN

Para conseguir los objetivos previstos, el proyecto fue estructurado a través de 5 paquetes de trabajo (Workpackages - WP): para cada uno de los cuales se planearon actividades de I+D con nueve tareas. La Fig. 1 muestra el diagrama de flujo del proyecto.

Figura 1. Diagrama de flujo del proyecto

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La innovación consiste en el estudio y desarrollo de materiales y tecnologías relacionadas para realizar “superficies fotovoltaicas” directamente dentro del actual proceso de elaboración de baldosas cerámicas. El objetivo es el de preservar la estética y otras características técnicas, y crear nuevas superficies para incrementar el uso de fuentes de energía renovables.

En la primera fase del proyecto, se evaluaron varios procesos y técnicas para realizar distintas capas funcionales, cuyo comportamiento permita a la baldosa cerámica actuar como aparato fotovoltaico. Además de esto, otras técnicas preparatorias y componentes fueron estudiados para recoger y transportar la energía eléctrica y así permitir el desarrollo de los contactos entre las células en una baldosa y las uniones entre las baldosas (ver Fig. 2).

Figura 2. Esquema de la baldosa cerámica fotovoltaica

3. RESULTADOS Y CONCLUSIONES

Para fabricar una capa fotovoltaica directamente sobre el sustrato cerámico, que remplace la capa esmaltada, se usó la tecnología de película fina. En particular, para obtener resultados a plazo corto-medio, se seleccionó la tecnología de Silicona amorfa.

Inicialmente, como referencia, las células de a-Si (Silicona amorfa), con una superficie de 1x1 cm2, fueron depositadas sobre un soporte de vidrio (ver Fig. 3a). Las relaciones J-V bajo iluminación, medida a 100 mW/cm2 y AM1.5G de irradiación se presentan en la Fig. 3b.

A continuación, se cambió el soporte, y se empleó un sustrato cerámico (Fig. 4a). Con células FV (fotovoltaicas) de 1x1 cm2, se obtuvo una eficacia similar que con las células elaboradas en el sustrato de vidrio (Fig. 4b).

Para fabricar células solares capaces de producir más electricidad, teniendo en cuenta una futura industrialización, cambiamos de células con una superficie pequeña, a células con una gran superficie, usando la misma estructura de aparato y las mismas técnicas.

Las células de unidad fotovoltaica (4 células, formato 7x1 cm2) están conectadas en serie y la foto corriente se conduce a continuación hacia la baldosa con un sistema de toma de corriente, que permite una fácil interconexión con las baldosas adyacentes.

De esta forma, se realizó el prototipo de “baldosa fotovoltaica” (ver Fig. 5a), que funciona como un mini módulo FV. En la Fig. 5, se muestra la curva J-V de este módulo.

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4. CONCLUSIONES

La actividad del Laboratorio CECERBENCH ha permitido la funcionalización de la baldosa cerámica, desarrollando una superficie capaz de generar electricidad a través del efecto fotovoltaico.

Figura 3a. Referencia Células FVdepositadas sobre sustrato de vidrio

Figura 4a. Células FV pequeñasdepositadas sobre sustrato cerámico

Figura 5a. Mini módulo, con células de FVde gran superficie, sobre sustrato cerámico

Figura 3b. Características J-V de las células FV individuales sobre sustrato de vidrio

Figura 4b. Características J-V de las células FV sobre sustrato cerámico

Figura 5b. J Características J-V del mini módulo FV sobre baldosa cerámica

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Por primera vez, se ha demostrado la posibilidad de depositar aparatos fotovoltaicos con película fina de a-Si (Silicona Amorfa) sobre una baldosa cerámica.

Hasta la fecha, el principal resultado obtenido es, sin duda, el prototipo mostrado en la exposición R2B (Research to Business, Investigación para la Empresa), entre el 4 y 5 de Mayo de 2007, en Bolonia, y la solicitud de patente.