Листок лотоса вдохновил ученых на создание самоочищающихся солнечных панелей

Gene Hunt/Reuters

Исследователи из Университета имени Бен-Гуриона, взяв за основу свойства листьев лотоса, создали методику, позволяющую удалять до 98% частиц пыли с фотоэлементов. Статья о разработке была опубликована в журнале ACS Langmuir.

Прилипание пыли к поверхности солнечных панелей — одна из главных проблем, снижающая эффективность преобразования энергии в фотоэлектрических элементах и солнечных термоэлектростанциях. Для поддержания максимальной эффективности необходимы новые решения проблемы очищения панелей в районах с высокой плотностью пыли, таких как пустыня Негев в Израиле.

В новой работе ученые модифицировали подложку из кремния, полупроводника, используемого в фотоэлектрических элементах, чтобы сделать его похожим на «самоочищающийся» лист лотоса, вода с которого скатывается и уносит загрязнения с собой.

Известно, что сверхгидрофобность снижает трение между каплями воды и поверхностью, что позволяет каплям воды скользить по поверхности. Однако силы, которые контролируют контакт частиц с поверхностью при механизме самоочищения, а также влияние нанотекстур на них до конца не изучены.

Чтобы понять их, ученые подготовили четыре образца на основе кремния, соответствующие солнечным панелям: гладкие гидрофильные, нанотекстурированные гидрофильные поверхности, гладкие гидрофобные и нанотекстурированные гидрофобные поверхности. Это было достигнуто химическим травлением поверхности для создания нанопроволок на поверхности, а также дополнительным нанесением гидрофобного покрытия.

Удаление частиц пыли увеличилось с 41% на гидрофильных гладких кремниевых пластинах до 98% на сверхгидрофобных нанотекстурированных поверхностях. Исследователи подтвердили эти результаты, измерив адгезию микронной частицы к плоской и нанотекстурированной подложке с помощью атомно-силового микроскопа. Они обнаружили, что адгезия в воде снижается в 30 раз.

«Мы определили, что причиной лучшего удаления частиц является не низкое трение между каплями и сверхгидрофобными поверхностями, — говорит одна из исследователей, магистрант Университета Бен-Гуриона Табеа Хекенталер. — Скорее, это увеличение сил, которые могут отделить частицы от поверхности. Использованные нами экспериментальные методы и выведенный критерий удаления частиц могут быть использованы для проектирования самоочищающихся поверхностей с различной химией и/или текстурой».

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.