Giải quyết vấn đề bẩn của tấm pin mặt trời
Ảnh: CC0
Từ loại không thấm nước đến loại ưa nước với tia cực tím (UV), các bề mặt đang được phát triển để bảo vệ các tấm và mặt tiền bằng kính khỏi việc vệ sinh tốn kém và tốn thời gian.
Các tấm pin mặt trời bị bẩn. Bụi, cát và các vật chất khác tích tụ trên bề mặt của chúng, ngăn cản năng lượng ánh sáng của mặt trời chiếu tới các tế bào năng lượng mặt trời và gây ra tổn thất lớn về hiệu suất của hệ thống quang điện. Nhưng có thể làm gì khi việc vệ sinh tấm pin mặt trời không chỉ rất tốn kém mà còn mất thời gian?
Các nhà nghiên cứu làm việc trong dự án NewSkin đã tìm ra cách giải quyết vấn đề này bằng cách phát triển các bề mặt kỵ nước hoặc không thấm nước trở nên siêu thấm nước khi tiếp xúc với tia UV.
Không giống như các bề mặt kỵ nước, trên đó nước bị đẩy lùi và co lại để tạo thành các giọt nước, các bề mặt siêu thấm nước có ái lực rất mạnh với nước, nước sẽ lan rộng khắp chúng, tối đa hóa khả năng tiếp xúc với vật liệu. Điều này có thể giúp loại bỏ bụi bẩn khỏi các tấm và mặt tiền bằng kính ít tốn kém hơn bằng cách giảm chi phí bảo trì và tiết kiệm thời gian hơn, đồng thời tăng cường sản xuất năng lượng mặt trời.
“Chúng tôi đang tập trung vào tính ưa nước do quang hóa trên các bề mặt ở đây,” sinh viên tốt nghiệp Valentin Heiser từ đối tác dự án NewSkin Viện Fraunhofer về Điện tử Hữu cơ, Chùm tia Điện tử và Công nghệ Plasma FEP (Fraunhofer FEP), Đức, giải thích trong một thông cáo báo chí đăng trên trang web của viện.
"Để nâng cao hiệu ứng này, lần đầu tiên chúng tôi áp dụng oxit titan tinh thể cho kính siêu mỏng theo quy trình cuộn. Điều này rất hiệu quả. Kính siêu mỏng và nhẹ sau đó có thể được áp dụng cho mặt tiền hoặc tích hợp trực tiếp vào các mô-đun năng lượng mặt trời như một vật liệu tổng hợp—và thậm chí trên các bề mặt cong."
Một sự thay đổi trong 30 phút
Không có bất kỳ bức xạ tia cực tím nào, titan điôxít (TiO2) kỵ nước, tạo thành các giọt nước. Tuy nhiên, sau khi chiếu tia UV lên bề mặt phủ TiO2 trong khoảng 30 phút, các nhà nghiên cứu của Fraunhofer FEP phát hiện ra rằng bề mặt này thay đổi từ kỵ nước sang siêu thấm nước.
Điều này có nghĩa là không hoặc có rất ít bụi bẩn có thể lắng đọng trên các bề mặt có lớp phủ TiO2. Thông cáo báo chí giải thích thêm: "Ví dụ, nếu bụi giao thông, cát hoặc các chất bẩn khác lắng đọng trên mặt kính hoặc tấm pin mặt trời, thì nó sẽ bị rửa trôi bởi tính kỵ nước hàng đêm của bề mặt thông qua các hạt mưa. Ngoài ra, sự luân phiên tuần hoàn của kỵ nước và đặc tính siêu thấm nước có nghĩa là chất bẩn không bám vào bề mặt trong ngày."
Các nhà nghiên cứu hiện đã phát triển các lớp phủ đầu tiên. Họ đã phủ một cuộn kính mỏng (dày 100 micromet) rộng 30 cm và dài 20 m bằng oxit titan từ 30 đến 150 nanomet trong hệ thống cuộn sang cuộn tại nhà máy thí điểm FEP của Fraunhofer. Tuy nhiên, vẫn còn những thách thức phải vượt qua. Kính mỏng là một chất nền mới rất dễ vỡ và cực kỳ nhạy cảm với các ứng suất nhiệt và cơ học.
Ngoài ra, TiO2 chỉ đạt được tính kỵ nước và ưa nước khi nó ở dạng tinh thể, trong đó cần có nhiệt độ cao trong quá trình sản xuất. Thông cáo báo chí cho biết thêm: "Các lớp phủ phún xạ với những yêu cầu này không thể được thực hiện trong công nghệ cuộn sang cuộn cho đến nay vì các chất nền thông thường, chẳng hạn như phim, không thể chịu được nhiệt độ cao. Đây là lúc kính mỏng cung cấp một giải pháp thay thế."
Nghiên cứu được thực hiện như một phần của NewSkin (Hệ sinh thái đổi mới để tăng tốc độ tiếp thu công nghiệp các công nghệ nano bề mặt tiên tiến) đã cho phép các nhà khoa học của Fraunhofer FEP nghiên cứu kết hợp TiO2 và các đặc tính của kính mỏng một cách tối ưu và tiết kiệm chi phí để đưa các sản phẩm sáng tạo ra thị trường . Các nhà nghiên cứu từ đối tác dự án Thụy Điển là Đại học Uppsala cũng đang làm việc để chuyển kết quả sang màng polyme.
