Att ta en ledtråd från lotusbladets självrengörande egenskaper, forskare vid Ben-Gurion University of the Negev har kastat nytt ljus över mikroskopiska krafter och mekanismer som kan optimeras för att ta bort damm från solpaneler för att bibehålla effektivitet och ljusabsorption. Den nya tekniken tog bort 98 procent av dammpartiklarna.

I en ny studie publicerad i Langmuir , forskarna bekräftade att modifiering av ytegenskaperna hos solpaneler avsevärt kan minska mängden damm som finns kvar på ytan, och avsevärt öka potentialen för solenergiskörd i öknen.

Dammvidhäftning på solpaneler är en stor utmaning för energiutvinning genom solceller och solfångare. Nya lösningar är nödvändiga för att upprätthålla maximal insamlingseffektivitet i områden med hög dammdensitet som Negev-öknen i Israel.

"I naturen, vi observerar att lotusbladet förblir damm- och patogenfritt på grund av dess nanotexturerade yta, och ett tunt vax, hydrofob beläggning som stöter bort vatten, " säger Tabea Heckenthaler, en masterstudent från Düsseldorf Tyskland vid BGU Zuckerberg Institute for Water Research, Jacob Blaustein Institutes for Desert Research. "I öknen, damm samlas på ytan av solceller och det är arbetskrävande att rengöra dem hela tiden, så vi försöker härma detta beteende på en solcell."

Forskarna undersökte effekten av att modifiera ett kiselsubstrat (Si), en halvledare som används i fotovoltaiska celler, att efterlikna lotusbladets självrengörande egenskaper, som vatten rullar ner bladen och tar bort föroreningar.

Det är känt att superhydrofobicitet minskar friktionen mellan vattendroppar och ytan, vilket gör att vattendroppar kan glida rena partiklar från ytorna. Dock, de krafter som fäster och lösgör partiklar från ytor under den självrengörande mekanismen och effekten av nanotexturer på dessa krafter är inte helt klarlagda.

För att belysa dessa krafter och effekten av nanotextur på dem, forskarna förberedde fyra kiselbaserade prover som är relevanta för solpaneler:(1) släta hydrofila (2) nanotexturerade hydrofila ytor och (3) släta hydrofoba (4) nanotexturerade hydrofoba ytor. Detta uppnåddes genom att våtkemisk etsa ytan för att skapa nanotrådar på ytan, och dessutom applicering av en hydrofob beläggning.

Partikelavlägsnandet ökade från 41 procent på hydrofila släta Si-skivor till 98 procent på superhydrofoba Si-baserade nanotexturerade ytor. Forskarna bekräftade dessa resultat genom att mäta vidhäftningen av en mikronstor partikel till det platta och nanotexturerade substratet med hjälp av ett atomkraftsmikroskop. De fann att vidhäftningen i vatten minskar med en faktor 30.

"Vi fastställde att orsaken till det ökade partikelavlägsnandet inte är låg friktion mellan dropparna och de superhydrofoba ytorna, " säger Heckenthaler. "Snarare, det är ökningen av krafterna som kan lossa partiklar från ytorna. De experimentella metoderna vi använde och kriteriet för partikelborttagning vi härledde kan implementeras för att konstruera självrengörande ytor som uppvisar olika kemi och/eller texturer."