Dựa vào các tính chất tự làm sạch của lá sen, các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Ben-Gurion của Negev đã xác định được lực siêu nhỏ và các cơ chế có thể được tối ưu hóa để làm sạch bụi trên các tấm pin mặt trời nhằm duy trì hiệu quả và khả năng hấp thụ ánh sáng. Kỹ thuật mới đã loại bỏ 98% số lượng bụi.
Phương thức mới làm sạch bụi trên các tấm pin mặt trời
Nhóm nghiên cứu đã xác nhận việc thay đổi tính chất bề mặt của các tấm pin mặt trời có thể làm giảm đáng kể lượng bụi còn lại trên bề mặt và tăng đáng kể tiềm năng của các ứng dụng khai thác năng lượng mặt trời trên sa mạc.
Độ bám dính của bụi trên các tấm pin mặt trời là thách thức lớn đối với việc khai thác năng lượng bằng pin mặt trời và các bộ thu nhiệt mặt trời. Các giải pháp mới là cần thiết để duy trì hiệu quả thu gom tối đa tại các khu vực có mật độ bụi cao như sa mạc Negev ở Israel.
“Trong tự nhiên, chúng tôi quan sát thấy lá sen vẫn không bám bụi và mầm bệnh do bề mặt lá sen có cấu trúc nano và một lớp sáp mỏng – lớp phủ kỵ nước”, Tabea Heckenthaler, nghiên cứu sinh tại Viện nghiên cứu nước BGU Zuckerberg nói. “Trong sa mạc, bụi tích tụ trên bề mặt pin mặt trời và mất nhiều công sức để làm sạch chúng liên tục, vì vậy, chúng tôi đang cố gắng mô phỏng đặc tính này của lá sen trên pin mặt trời”.
Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra hiệu ứng của việc thay đổi chất nền silicon (Si), chất bán dẫn được sử dụng trong pin mặt trời để mô phỏng các đặc tính tự làm sạch của lá sen, khi nước lăn xuống lá và loại bỏ bụi bẩn.
Tính chất siêu kỵ nước được biết đến làm giảm ma sát giữa các giọt nước và bề mặt, cho phép các giọt nước làm trượt các hạt bụi khỏi bề mặt. Tuy nhiên, lực bám và tách các hạt khỏi bề mặt trong cơ chế tự làm sạch và tác động của kết cấu nano đến những lực này chưa được hiểu rõ.
Để làm sáng tỏ các lực này và tác dụng của vật liệu nano đối với chúng, các nhà nghiên cứu đã chuẩn bị bốn mẫu dựa vào silicon có liên quan đến các tấm pin mặt trời: (1) bề mặt kỵ nước dạng nano mịn (2) kết cấu nano và (3) bề mặt ưa nước dạng mịn (4) kết cấu nano. Để làm được điều này, nhóm nghiên cứu đã khắc ướt hóa học bề mặt để tạo ra các dây nano trên bề mặt và bổ sung thêm một lớp phủ kỵ nước.
Khả năng loại bỏ hạt đã tăng từ 41% trên miếng bán dẫn Si dạng mịn kỵ nước lên 98% bề mặt kết cấu nano từ Si siêu kỵ nước. Các nhà nghiên cứu đã xác nhận các kết quả này bằng cách đo độ bám dính của hạt có kích thước micron với bề mặt phẳng và kết cấu nano bằng kính hiển vi lực nguyên tử. Nhóm nghiên cứu đã phát hiện thấy độ bám dính trong nước giảm theo hệ số 30%.
