Gebaseerd op de zelfreinigende eigenschappen van het lotusblad, onderzoekers van de Ben-Gurion Universiteit van de Negev hebben nieuw licht geworpen op microscopische krachten en mechanismen die kunnen worden geoptimaliseerd om stof van zonnepanelen te verwijderen om de efficiëntie en lichtabsorptie te behouden. De nieuwe techniek verwijderde 98 procent van de stofdeeltjes.

In een nieuwe studie gepubliceerd in Langmuir , de onderzoekers bevestigden dat het aanpassen van de oppervlakte-eigenschappen van zonnepanelen de hoeveelheid stof die op het oppervlak achterblijft sterk kan verminderen, en het potentieel van toepassingen voor het oogsten van zonne-energie in de woestijn aanzienlijk te vergroten.

Stofaanhechting op zonnepanelen is een grote uitdaging voor het oogsten van energie via fotovoltaïsche cellen en thermische zonnecollectoren. Nieuwe oplossingen zijn nodig om een ​​maximale opvangefficiëntie te behouden in gebieden met een hoge stofdichtheid, zoals de Negev-woestijn in Israël.

"In de natuur, we zien dat het lotusblad stof- en ziekteverwekkervrij blijft dankzij het oppervlak met nanostructuur, en een dunne was, hydrofobe coating die water afstoot, " zegt Tabea Heckenthaler, een masterstudent uit Düsseldorf Duitsland aan het BGU Zuckerberg Institute for Water Research, Jacob Blaustein Instituten voor woestijnonderzoek. "In de woestijn, stof hoopt zich op op het oppervlak van zonnecellen en het is arbeidsintensief om ze constant schoon te maken, dus we proberen dit gedrag na te bootsen op een zonnecel."

De onderzoekers onderzochten het effect van het modificeren van een siliciumsubstraat (Si), een halfgeleider gebruikt in fotovoltaïsche cellen, om de zelfreinigende eigenschappen van het lotusblad na te bootsen, terwijl water langs de bladeren naar beneden rolt en verontreiniging verwijdert.

Het is bekend dat superhydrofobiciteit de wrijving tussen waterdruppels en het oppervlak vermindert, waardoor waterdruppels schone deeltjes van oppervlakken kunnen schuiven. Echter, de krachten die deeltjes hechten en losmaken van oppervlakken tijdens het zelfreinigende mechanisme en het effect van nanotexturen op deze krachten zijn niet volledig begrepen.

Om licht te werpen op deze krachten en het effect van nanotextuur daarop, de onderzoekers maakten vier op silicium gebaseerde monsters die relevant zijn voor zonnepanelen:(1) gladde hydrofiele (2) hydrofiele oppervlakken met nanostructuur en (3) gladde hydrofobe (4) hydrofobe oppervlakken met nanostructuur. Dit werd bereikt door het oppervlak nat-chemisch te etsen om nanodraden op het oppervlak te creëren, en bovendien het aanbrengen van een hydrofobe coating.

De verwijdering van deeltjes nam toe van 41 procent op hydrofiele gladde Si-wafels tot 98 procent op superhydrofobe Si-gebaseerde nanotextuuroppervlakken. De onderzoekers bevestigden deze resultaten door de hechting van een deeltje ter grootte van een micron aan het vlakke en nanogestructureerde substraat te meten met behulp van een atoomkrachtmicroscoop. Ze ontdekten dat de hechting in water met een factor 30 wordt verminderd.

"We hebben vastgesteld dat de reden voor de toegenomen deeltjesverwijdering niet de lage wrijving is tussen de druppeltjes en de superhydrofobe oppervlakken, "zegt Heckenthaler. "Integendeel, het is de toename van de krachten die deeltjes van de oppervlakken kunnen losmaken. De experimentele methoden die we hebben gebruikt en het criterium voor het verwijderen van deeltjes dat we hebben afgeleid, kunnen worden geïmplementeerd om zelfreinigende oppervlakken te ontwerpen die verschillende chemie en/of texturen vertonen."