Одна из основных проблем, препятствующих эффективному использованию солнечной энергии — систематическое образование пылевого (грязевого) налёта на рабочей поверхности фотоэлемента — адгезия или прилипание. Если его не чистить — выработка энергии сокращается по экспоненте, соответственно, необходим постоянный контроль за состоянием панели. Однако перманентный мониторинг отрицательно влияет на экономическую эффективность — процедура очистки долгая, установка дополнительных средств наблюдения и контроля тоже не бесплатна.
Вплотную к разрешению проблемы приблизились исследователи из израильского Университета им. Бен-Гуриона. Группа учёных предложила простой метод очистки поверхности фотопанели, убирающий с них около 98 % пыли.
В основе представленного в журнале Langmuir метода очистки, лежит природа, а именно — цветок лотоса. Лепестки этого растения в любых условиях остаются чистыми. Весь секрет в гидрофобных свойствах цветка. Благодаря нанотекстурированной поверхности и тонкому слою воска лотос сохраняет свой «блестящий» вид всегда.
Учёные попробовали применить полученные знания на практике и получили следующие результаты: если переструктурировать солнечную панель, то можно уменьшить оседание пыли и других частиц, загрязняющих батареи.
Сотрудники университета изучили эффект изменения свойств кремниевой подложки полупроводника, входящего в состав фотоэлемента, сымитировав автоочистку листа лотоса — скатывающаяся с него вода убирает почти весь мусор.
Низкое трение между каплями воды и поверхностью веществ называется гидрофобностью. Благодаря этому свойству частицы H2O могут убирать мусор, увлекая его за собой во время скатывания, в частности, с лепестка или, в случае с наукой, — с панели. Но силы, удерживающие пыль и мусор во время гидрофобной «очистки», до этого момента не были должным образом изучены.
В своих исследованиях специалисты использовали несколько видов солнечных панелей на кремниевой основе для более глубокого изучения механизмов удержания: гладкие гидрофильные, нанотекстурированные гидрофильные, гладкие гидрофобные и нанотекстурированные гидрофобные.
Применив способ химического травления фотоэлектрического элемента в целях образования нанопроволок на его поверхности и наложения дополнительного гидрофобного слоя, учёные выяснили, что удаление пыли и грязи возросло на гидрофильных гладких панелях — с 41 до 98 %. Отсюда следует, что адгезия в жидкости уменьшается в 30 раз.
По словам израильских исследователей, стало ясно, что возросшее удаление частиц с поверхности — это не заслуга гидрофобных свойств материала, а как раз наоборот — увеличение гидрофильности панели привело к ослаблению сил, удерживающих грязь и мусор. Поэтому, применив полученные знания на практике, в ближайшем будущем можно ожидать качественно новую фотоэлектрическую батарею с самоочищающейся поверхностью.
