Ученые из Израиля создали специальное водоотталкивающее покрытие для поверхности солнечных батарей, которые защищают их от 98% частичек пыли и грязи.
Это может резко уменьшить расходы на их очистку при использовании подобных источников питания в пустынной или засушливой местности, пишут физики в научном журнале ACS Langmuir.
«Лист лотоса остается чистым от пыли и патогенов благодаря особой наноструктуре поверхности и тонкому слою из воска, который отталкивает воду. Мы попытались скопировать этот эффект для защиты солнечных батарей от пыли, которая постоянно накапливается на их поверхности в пустынях», — рассказала Табеа Хекенталер, физик из Университета имени Бен-Гуриона (Израиль) и один из разработчиков батареи.
В последние годы ученые и инженеры, а также сотрудники различных компаний, производящих бытовую химию, пищевую продукцию или медицинские инструменты, пытаются создать идеально скользкие покрытия, к которым бы не могла прилипнуть грязь, зубная паста, кетчуп и другие вязкие жидкости.
Относительно недавно исследователи выяснили, что подобные материалы можно создать, используя наночастицы, лучи лазера или химикаты, которые делают плоскую поверхность стенок бутылки, режущую грань или другие части медицинских инструментов, а также обшивок самолетов и кораблей, похожей по структуре на лист лотоса.
Это растение и его синтетические аналоги устроены так, что их поверхность отталкивает даже самые небольшие капли воды, которые падают на них под любыми углами и на любой скорости. Часть этих водоотталкивающих свойств обусловлена физико-химическими свойствами веществ, которыми покрыты листы растения или синтетические материалы, а другие — формой их поверхности.
Солнце, пыль и пустыни
Хекенталер и ее коллеги уже несколько лет изучают то, можно ли использовать подобные покрытия для защиты различных типов солнечных батарей от грязи, пыли и других загрязнителей, которые потенциально могут понизить эффективность их работы.
Как отмечает физик, проблема заключается в том, что коэффициент полезного действия подобных генераторов электричества, в отличие от стенок бутылок для кетчупа или поверхности медицинских приборов, сильно зависит от того, как устроена их поверхность. Соответственно, нанесение «лотосного» узора и покрытие гидрофобными материалами могло крайне негативно повлиять на эффективность работы идеально чистых солнечных батарей и сделать их невыгодными с экономической точки зрения.
Израильские исследователи попытались решить эту проблему, всесторонне изучив то, как взаимодействуют между собой вода, частички грязи разных размеров и поверхность солнечной батареи. Для этого ученые изготовили несколько пластинок из кремния, на которые были нанесены разные типы гидрофильных и гидрофобных покрытий (то есть тех, которые притягивают или отталкивают воду), и проследили за движением жидкостей и искусственных пылинок по их склоненной поверхности.
Как показали эти опыты, простые аналоги листа лотоса, совместимые с солнечными батареями, понижают силу сцепления воды с поверхностью фотоэлемента примерно в 30 раз. Благодаря этому больше 98% пылинок любых размеров не могут прилипнуть к солнечным батареям и легко смываются с их поверхности дождями или любым другим источником воды.
Хекенталер и ее команда надеется, что собранные данные и формулы помогут инженерам создать более совершенные солнечные батареи, которые адаптированы для работы в Израиле и других государствах, значительную часть территории которых занимают пустыни и прочие засушливые участки местности.
