Prendendo spunto dalle proprietà autopulenti della foglia di loto, i ricercatori dell'Università Ben-Gurion del Negev hanno gettato nuova luce su forze e meccanismi microscopici che possono essere ottimizzati per rimuovere la polvere dai pannelli solari per mantenere l'efficienza e l'assorbimento della luce. La nuova tecnica ha rimosso il 98 percento delle particelle di polvere.

In un nuovo studio pubblicato su Langmuir , i ricercatori hanno confermato che la modifica delle proprietà superficiali dei pannelli solari può ridurre notevolmente la quantità di polvere rimasta sulla superficie, e aumentare significativamente il potenziale delle applicazioni di raccolta dell'energia solare nel deserto.

L'adesione della polvere sui pannelli solari è una sfida importante per la raccolta di energia attraverso celle fotovoltaiche e collettori solari termici. Sono necessarie nuove soluzioni per mantenere la massima efficienza di raccolta in aree ad alta densità di polvere come il deserto del Negev in Israele.

"In natura, osserviamo che la foglia di loto rimane priva di polvere e agenti patogeni grazie alla sua superficie nanostrutturata, e una cera sottile, rivestimento idrorepellente che respinge l'acqua, "dice Tabea Heckenthaler, uno studente di master di Düsseldorf, Germania, presso il BGU Zuckerberg Institute for Water Research, Istituti Jacob Blaustein per la ricerca sul deserto. "Nel deserto, la polvere si accumula sulla superficie delle celle solari ed è laborioso pulirle costantemente, quindi stiamo cercando di imitare questo comportamento su una cella solare".

I ricercatori hanno esplorato l'effetto della modifica di un substrato di silicio (Si), un semiconduttore utilizzato nelle celle fotovoltaiche, imitare le proprietà autopulenti della foglia di loto, mentre l'acqua scorre lungo le foglie e rimuove la contaminazione.

È noto che la superidrofobicità riduce l'attrito tra le gocce d'acqua e la superficie, permettendo così alle gocce d'acqua di far scivolare le particelle pulite dalle superfici. Però, le forze che attaccano e staccano le particelle dalle superfici durante il meccanismo di autopulizia e l'effetto delle nanostrutture su queste forze non sono completamente comprese.

Per fare luce su queste forze e sull'effetto della nanostruttura su di esse, i ricercatori hanno preparato quattro campioni a base di silicio rilevanti per i pannelli solari:(1) superfici idrofile lisce (2) superfici idrofile nanostrutturate e (3) superfici idrofobe lisce (4) superfici idrofobe nanostrutturate. Ciò è stato ottenuto incidendo chimicamente a umido la superficie per creare nanofili sulla superficie, e inoltre applicare un rivestimento idrofobo.

La rimozione delle particelle è aumentata dal 41 percento sui wafer di Si lisci idrofili al 98 percento sulle superfici nanostrutturate a base di Si superidrofobi. I ricercatori hanno confermato questi risultati misurando l'adesione di una particella di dimensioni micron al substrato piatto e nanostrutturato utilizzando un microscopio a forza atomica. Hanno scoperto che l'adesione in acqua è ridotta di un fattore 30.

"Abbiamo determinato che la ragione dell'aumento della rimozione delle particelle non è il basso attrito tra le goccioline e le superfici superidrofobiche, " dice Heckenthaler. "Piuttosto, è l'aumento delle forze che possono staccare le particelle dalle superfici. I metodi sperimentali che abbiamo usato e il criterio per la rimozione delle particelle che abbiamo derivato possono essere implementati per progettare superfici autopulenti che mostrano diverse caratteristiche chimiche e/o trame".