В новом исследовании, опубликованном в ACS Langmuir, исследователи подтвердили, что изменение свойств поверхности солнечных панелей может значительно уменьшить количество пыли, остающейся на поверхности, и значительно повысить потенциал приложений сбора солнечной энергии в пустыне.
Адгезия пыли к солнечным панелям является серьезной проблемой для сбора энергии с помощью фотоэлектрических элементов и солнечных тепловых коллекторов. Новые решения необходимы для поддержания максимальной эффективности сбора пыли в районах с высокой плотностью пыли, таких как пустыня Негев в Израиле.
«В природе мы наблюдаем, что лист лотоса остается свободным от пыли и патогенов благодаря своей нанотекстурированной поверхности и тонкому восковому гидрофобному покрытию, которое отталкивает воду», – говорит Табеа Хекенталер, магистрантка из Дюссельдорфа, Германия, из Института воды Цукерберга BGU. Исследования, Институты Джейкоба Блауштайна по исследованию пустынь. «В пустыне пыль накапливается на поверхности солнечных элементов, и их постоянная очистка трудозатратна, поэтому мы пытаемся имитировать это поведение на солнечных элементах."
Исследователи изучили эффект модификации кремниевой подложки (Si), полупроводника, используемого в фотоэлектрических элементах, для имитации самоочищающихся свойств листа лотоса, когда вода скатывается по листьям и удаляет загрязнения.
Известно, что супергидрофобность снижает трение между каплями воды и поверхностью, тем самым позволяя каплям воды соскальзывать с чистых частиц с поверхностей. Однако силы, которые прикрепляют и отделяют частицы от поверхностей во время механизма самоочистки, и влияние нанотекстур на эти силы до конца не изучены.
Чтобы пролить свет на эти силы и влияние нанотекстуры на них, исследователи подготовили четыре образца на основе кремния, относящиеся к солнечным панелям: (1) гладкие гидрофильные (2) гидрофильные поверхности с нанотекстурой и (3) гладкие гидрофобные (4) гидрофобные поверхности с нанотекстурой.
Это было достигнуто путем влажного химического травления поверхности для создания нанопроволок на поверхности и дополнительного нанесения гидрофобного покрытия.
Удаление частиц увеличилось с 41% на гидрофильных гладких кремниевых пластинах до 98% на супергидрофобных нанотекстурированных поверхностях на основе кремния. Исследователи подтвердили эти результаты, измерив адгезию частицы микронного размера к плоской и нанотекстурированной подложке с помощью атомно-силового микроскопа. Они обнаружили, что адгезия в воде снижается в 30 раз.
«Мы определили, что причина повышенного удаления частиц не в низком трении между каплями и супергидрофобными поверхностями», – говорит Хекенталер. "Скорее, это увеличение сил, которые могут отрывать частицы от поверхностей. Экспериментальные методы, которые мы использовали, и критерий удаления частиц, который мы разработали, могут быть реализованы для создания самоочищающихся поверхностей с различным химическим составом и / или текстурой."