Siguiendo el ejemplo de las propiedades de autolimpieza de la hoja de la flor del loto, los investigadores de la Universidad Ben-Gurion del Negev (Israel) han arrojado luz sobre las fuerzas microscópicas y los mecanismos que pueden optimizarse para eliminar el polvo de los paneles solares para mantener la eficiencia y la absorción de la luz. La nueva técnica eliminó el 98% de las partículas de polvo, según publica Phys.org.
En un nuevo estudio publicado en Langmuir, los investigadores confirmaron que modificar las propiedades de la superficie de los paneles solares puede reducir en gran medida la cantidad de polvo que queda en la superficie y aumentar significativamente el potencial de la generación de energía solar en el desierto.
La acumulación de polvo en los paneles solares es un gran desafío para la absorción de la energía a través de células fotovoltaicas y de los colectores solares térmicos. Se necesitaba una solución para mantener la máxima eficiencia en áreas de alta densidad de polvo como el desierto de Negev en Israel.
"En la naturaleza, observamos que la hoja de loto permanece libre de polvo y patógenos debido a su superficie nanotexturada y a una fina capa de cera e hidrófoba que repele el agua", dice Tabea Heckenthaler, investigador en el BGU Zuckerberg Institute for Water Research y en el Jacob Blaustein Institutes for Desert Research. "En el desierto, el polvo se acumula en la superficie de las células solares y es laborioso limpiarlas constantemente, por lo que estamos tratando de imitar este comportamiento en una célula solar".
Los investigadores exploraron el efecto de modificar un sustrato de silicio (Si), un semiconductor utilizado en las células fotovoltaicas, para imitar las propiedades de autolimpieza de la hoja de loto, ya que el agua cae por las hojas y elimina la contaminación.
Se sabe que la superhidrofobia reduce la fricción entre las gotas de agua y la superficie, lo que permite que las gotas de agua deslicen partículas limpias de las superficies. Sin embargo, las fuerzas que unen y separan las partículas de las superficies durante el mecanismo de autolimpieza y el efecto de las nanotexturas en estas fuerzas no se comprende completamente.
Para descubrir más sobre estas fuerzas y el efecto de la nanotextura sobre ellas, los investigadores prepararon cuatro muestras a base de silicio relevantes para los paneles solares: (1) superficies hidrofílicas lisas, (2) y (3) superficies hidrofóbicas lisas, y (4) nanotexturadas hidrofóbicas lisas. Eso se hizo mediante el grabado químico húmedo de la superficie para crear nanocables en la superficie, y adicionalmente aplicando un recubrimiento hidrófobo.
La eliminación de partículas aumentó desde el 41% en los paneles de silicio lisas hidrofílicas hasta el 98% en superficies nanotexturadas a base de Silicio superhidrofóbicas. Los investigadores confirmaron estos resultados midiendo la adhesión de una partícula de tamaño micrónico al sustrato plano y nanotexturizado utilizando un microscopio de fuerza atómica. Descubrieron que la adhesión en el agua se reduce en un factor de 30.
"Determinamos que la razón de la mayor eliminación de partículas no es la baja fricción entre las gotas y las superficies superhidrofóbicas", dice Heckenthaler, "más bien, es el aumento de las fuerzas que pueden separar las partículas de las superficies. Los métodos experimentales que utilizamos y el criterio para la eliminación de partículas que derivamos pueden implementarse para diseñar superficies de autolimpieza que exhiban diferentes químicos y / o texturas".
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