لایه نشانی نانوپوشش سیلیکای اصلاح شده با خواص ضدبازتابی، خودتمیزشوندگی و ضدگرد و غبار روی شیشه‌های محافظ سلولهای خورشیدی

چکیده طرح: سلولهای خورشیدی همواره در معرض عوامل محیطی مختلفی قراردارند که منجر به تجمع گردو غبار و الاینده روی سطوح آنها خواهد شد. این عوامل علاوه بر تخریب سلولهای خورشیدی منجر به کاهش بازدهی آن از طریق جذب و پراکنندگی نور خواهد شد. لذا اکثر سلولهای خورشیدی جهت حفظ عملکرد و بازدهی حداقل یک یا چند بار در سال نیاز به عملیات تمیزکاری و شستشو دارند. این عمل زمان بر و پر هزینه است. ضمن اینکه این عمل باعث مصرف آب و لذا هزینه های آب مصرفی نیز باید درنظر گرفته شود. استفاده از تکنولوژیهای نوین جهت تمیز کاری آسان و ارزانتر سلولهای خورشیدی در حال توسعه و پیشرفت است. یکی از این موارد نانوپوششهای اپتیکی خودتمیزشونده است. این نانوپوششها از طریق خواص ضدبازتابی و خودتمیزشوندگی منجر به افزایش بازدهی سلولهای خورشیدی خواهند شد. خواص ضدبازتابی باعث کاهش درصد بازتابهای ناخواسته از سطح سلولهای خورشیدی خواهد شد و خواص خودتمیزشوندگی از تجمع گردو غبار روی سطح جلوگیری کرده و تلفات نوری ناشی از پراکنندگی و جذب به حداقل خواهد رسید. لذا هدف طرح دستیابی به تکنولوژی ساخت نانوپوشش اپتیکی ضدبازتاب خودتمیزشونده و ضد گرد و غبار روی شیشه های محافظ سلولهای خورشیدی است

اهداف طرح:

جلوگیری از بازتاب تابشهای ناخواسته از سطح سلولهای خورشیدی

جلوگیری از تجمع گردو غبار بر سطح سلولهای خورشیدی

افزایش بازدهی سلولهای خورشیدی

افزایش پایداری محیطی سلولهای خورشیدی

معرفی به دستاورد مردمی:

شیشه های مورد استفاده در سلولهای خورشیدی به عنوان کاورینگ گلس ( solar cell covering glass ) در شرایط سرویس همواره در معرض عوامل محیطی مختلفی قراردارند که منجر به کاهش بازدهی و طول عمر آنها خواهد شد. یکی از این عوامل تجمع و انباشت ذرات گرد و غبار روی سطوح این شیشه‌هاست. انباشت ذرات گرد و غبار به علت جذب و پراکندگی نور منجر به کاهش بازدهی سلولهای خورشیدی خواهند شد. لذا کاورینگ گلسهای مورد استفاده در سلولهای خورشیدی جهت حفظ عملکرد و بازدهی حداقل یک یا چند بار در سال نیاز به عملیات تمیزکاری و شستشو دارند. این عمل زمان بر و پر هزینه است ضمن اینکه عملیات شستشو باعث مصرف آب شده و لذا هزینه های آب مصرفی نیز باید درنظر گرفته شود. همچنین با توجه به اقلیم خشک ایران ، امکان شستشوی این تجهیزات در برخی مناطق امکان پذیر نیست. استفاده از تکنولوژیهای نوین جهت تمیز کاری آسان و ارزانتر کاورینگ گلس سلولهای خورشیدی در حال توسعه و پیشرفت است. یکی از این موارد استفاده از پوششهای اپتیکی خودتمیزشونده و آنتی استاتیک است. پوششهای اپتیکی خودتمیزشونده و ضد گردو غبار از طریق خواص ضدبازتابی، خودتمیزشوندگی و آنتی استاتیک منجر به افزایش بازدهی سلولهای خورشیدی خواهند شد. خواص ضدبازتابی باعث کاهش درصد بازتابهای ناخواسته از سطح سلولهای خورشیدی خواهد شد و خواص خودتمیزشوندگی و ضد گرد و غبار از تجمع و انباشت ذرات گرد و غبار روی سطح جلوگیری کرده و تلفات نوری ناشی از پراکندگی و جذب به حداقل خواهد رسید.

در این پژوهش پوشش ضد بازتاب، آنتی استاتیک و آبگریز به روش روش سل-ژل و با استفاده از نانوذرات سیلیکا اصلاح‌شده با HMDS و PDMS تهیه شد. لایه‌نشانی به دو روش غوطه‌وری و اسپری انجام شد. مشخصه‌یابی فیلم‌ها با استفاده از روش‌های پراش‌سنجی پرتو ایکس، طیف‌سنجی نوری، طیف‌سنج تفکیک انرژی و میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی انجام شد. جهت بررسی پایداری محیطی پوشش آزمون‌های آنتی استاتیک، خود تمیزشوندگی، پایداری حرارتی، مه‌نمکی، سایش، شوک حرارتی، چسبندگی، سختی مداد و حلالیت در آب نمک انجام شد. نتایج نشان‌داد میانگین عبور شیشه لایه‌نشانی شده در محدود طول‌موج ۴۰۰-۸۰۰ نانومتر برابر ۴/۹۶ درصد بود که در مقایسه با شیشه بدون پوشش ۳/۷ درصد افزایش داشت. لایه‌نازک سیلیکا اصلاح‌شده با HMDS و PDMS دارای زاویه تماس آب و زاویه لغزش به‌ترتیب برابر با ۹۵ درجه و ۷ درجه می‌باشد. در آزمون خود تمیزشوندگی شیشه پوشش‌دار مشاهده شد که قطرات آب بر روی سطح شیب‌دار لغزیده و ذرات اکسید آهن و آلودگی‌های روی سطح را با خود حمل می‌نماید، این در حالی است که برای نمونه بدون پوشش این خاصیت مشاهده نمی‌شود. در آزمون آنتی-استاتیک شبیه‌سازی‌شده مشاهده شد که برای شیشه پوشش‌دار ذرات گرد و غبار کمتری نسبت به نمونه بدون پوشش بر روی سطح قرار می‌گیرند. نتایج آزمون‌های پایداری محیطی نشان‌داد که نمونه لایه‌نشانی‌شده به‌روش اسپری دارای سختی‌ مداد ۶ H ، چسبندگی عالی زیرلایه است. همچنین برای تست شوک حرارتی در ۱۰ مرتبه سیکل دمایی ۱۰- و ۶۰ درجه سانتی‌گراد قرار گرفت و مشاهده شد که در سیکل هشتم نمونه پوشش‌دار خواص آبگریزی خود را از دست‌داده است. در آزمون پایداری حرارتی تا دمای ۴۵۰ درجه سانتی‌گراد، آزمون مقاومت در برابر تابش‌های فرابنفش و آزمون حلالیت در آب‌نمک به‌مدت ۲۴ ساعت مشاهده شد که شیشه پوشش‌دار خواص آبگریزی خود را حفظ کرد.

‌‌‌‌‌‌