Το πόρισμα έκθεσης ερευνητών δείχνει τη βελτίωση της φωτοβολταϊκής απόδοσης από 13,90% σε 14,56%, επιδεικνύοντας ισχυρή ανθεκτικότητα και δυνατότητες για μελλοντικές εμπορικές εφαρμογές
Μια διεθνής ερευνητική ομάδα ανέπτυξε μια διπλή επίστρωση sol-gel και υδρόφοβου πυριτίου που μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την απόδοση των ηλιακών κυψελών προστατεύοντας την επιφάνεια από τη συσσώρευση σκόνης, την αντανάκλαση του φωτός, τα περιττώματα των πουλιών και τις μεμβράνες νερού.
Η ερευνητική ομάδα περιελάμβανε επιστήμονες από το Ινστιτούτο Έρευνας και Ανάπτυξης Πετρελαίου της Κίνας και το Πανεπιστήμιο Henan, καθώς και από το Κολλέγιο Vivekanand της Ινδίας και το Πανεπιστήμιο Heriot-Watt στο Ηνωμένο Βασίλειο.
Η διαφανής, αυτοκαθαριζόμενη επίστρωση βελτίωσε την φωτοβολταϊκή απόδοση από 13,90% σε 14,56%, επιδεικνύοντας ισχυρή ανθεκτικότητα και δυνατότητες για μελλοντικές εμπορικές εφαρμογές.
«Η διπλή επίστρωση απωθεί το νερό, τη σκόνη και τη βρωμιά χωρίς να μειώνει την ποσότητα φωτός που φτάνει στα φωτοβολταϊκά κύτταρα», δήλωσε στο pv magazine ο Shanhu Liu (συντάκτης της έρευνας).
«Η σκόνη, η βρωμιά και τα περιττώματα των πουλιών επηρεάζουν την απόδοση των ηλιακών πάνελ. Η συντήρηση ενέχει τον κίνδυνο να προκαλέσει ζημιά στα πάνελ, είναι δαπανηρή και μερικές φορές αποτελεί υλικοτεχνική πρόκληση», δήλωσε ένας άλλος συντάκτης, ο Sudhagar Pitchaimuthu.
Περιγραφή διαδικασίας
Στην εργασία «Προετοιμασία διαφανούς και υπερυδρόφοβης επίστρωσης πυριτίου με κολλοειδή γέλη για αυτοκαθαριζόμενα ηλιακά πάνελ», που δημοσιεύτηκε στο Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, οι επιστήμονες περιέγραψαν την προστατευτική μεμβράνη ως διαφανή υπερυδρόφοβη επίστρωση διπλής στρώσης που συνδυάζει υδρόφιλο κολλοειδές πυρίτιο επεξεργασμένο με κολλοειδή γέλη με υδρόφοβα νανοσωματίδια πυριτίου.
Η διαδικασία κολλοειδούς γέλης είναι μια μέθοδος υγρής χημικής αντίδρασης που χρησιμοποιείται για την παραγωγή λεπτών μεμβρανών, επιστρώσεων ή στερεών υλικών από έναν υγρό πρόδρομο.
Κατά τη διαδικασία, οι πρόδρομοι υγροί παράγοντες αντιδρούν μέσω υδρόλυσης και συμπύκνωσης για να σχηματίσουν ένα κολλοειδές διάλυμα (sol). Καθώς οι αντιδράσεις προχωρούν, τα σωματίδια συνδέονται μεταξύ τους για να δημιουργήσουν ένα τρισδιάστατο δίκτυο, μετατρέποντας το sol σε ένα gel. Το gel στη συνέχεια εναποτίθεται σε μια επιφάνεια και υποβάλλεται σε θερμική επεξεργασία για να σχηματίσει μια λεπτή, στερεή επίστρωση όπως ένα αντιανακλαστικό στρώμα που χρησιμοποιείται σε ηλιακές μονάδες.
Για τη νέα επίστρωση, η ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε γυάλινες πλάκες ως υποστρώματα και χημικές ουσίες όπως ορθοπυριτικό τετρααιθυλεστέρα (TEOS), αιθανόλη, διάλυμα αμμωνίας και υδρόφοβα νανοσωματίδια πυριτίας. Τα γυάλινα υποστρώματα καθαρίστηκαν πρώτα με υπερήχους με απορρυπαντικό και αιθανόλη, ξεπλύθηκαν με απιονισμένο νερό και ξηράνθηκαν για την απομάκρυνση των ρύπων.
Στη συνέχεια παρασκευάστηκε ένα sol πυριτίας χρησιμοποιώντας TEOS, αιθανόλη, νερό και αμμωνία ως καταλύτη για την προώθηση αντιδράσεων υδρόλυσης και συμπύκνωσης.
Η ποιότητα, η σύνθεση και η απόδοση της επικάλυψης αναλύθηκαν μέσω ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης (SEM) και ατομικής μικροσκοπίας δύναμης (AFM), φασματοσκοπίας υπέρυθρης μετασχηματισμού Fourier (FTIR), ανάλυσης περίθλασης ακτίνων Χ (XRD), φασματοσκοπίας φωτοηλεκτρονίων ακτίνων Χ (XPS) και φασματοσκοπίας UV-Vis.
Η ανάλυση έδειξε ότι η επικάλυψη παρουσιάζει εξαιρετική υπερυδρόφοβη συμπεριφορά με γωνία επαφής με το νερό περίπου 154° και γωνία ολίσθησης 1,5°. Επιτεύχθηκε επίσης υψηλή οπτική διαφάνεια, με διαπερατότητα που έφτασε το 96,2% λόγω της κλίσης του δείκτη διάθλασης που δημιουργείται από τα στρώματα πυριτίας.
Αποτελέσματα
Οι μηχανικές δοκιμές απέδειξαν επίσης ισχυρή αντοχή στην τριβή, την πρόσκρουση άμμου και την πρόσκρουση σταγονιδίων νερού, ανέφεραν οι επιστήμονες, σημειώνοντας ότι η επίστρωση έδειξε επίσης καλή χημική σταθερότητα σε ουδέτερα και όξινα περιβάλλοντα και διατήρησε την απόδοσή της κατά την έκθεση σε εξωτερικούς χώρους.
Τέλος, όταν εφαρμόστηκε ως κάλυμμα γυαλιού για φωτοβολταϊκά κύτταρα, η επίστρωση αύξησε τη διαπερατότητα του φωτός και βελτίωσε την απόδοση των ηλιακών κυψελών από 13,90% σε 14,56%.
«Η επόμενη εστίασή μας είναι η δοκιμή της επίστρωσης σε πάνελ σε ακραίες καιρικές συνθήκες, από σκωτσέζους χειμώνες με χαμηλές θερμοκρασίες και βροχοπτώσεις έως συνθήκες ερήμου στο Ντουμπάι», δήλωσε ο συντάκτης ης έρευνας, Sanjay S. Latthe.
www.worldenergynews.gr
