S'inspirant des propriétés autonettoyantes de la feuille de lotus, Des chercheurs de l'Université Ben Gourion du Néguev ont jeté un nouvel éclairage sur les forces et mécanismes microscopiques qui peuvent être optimisés pour éliminer la poussière des panneaux solaires afin de maintenir l'efficacité et l'absorption de la lumière. La nouvelle technique a éliminé 98 pour cent des particules de poussière.

Dans une nouvelle étude publiée dans Langmuir , les chercheurs ont confirmé que la modification des propriétés de surface des panneaux solaires peut réduire considérablement la quantité de poussière restant à la surface, et augmenter considérablement le potentiel des applications de récupération d'énergie solaire dans le désert.

L'adhérence de la poussière sur les panneaux solaires est un défi majeur pour la récupération d'énergie grâce aux cellules photovoltaïques et aux capteurs solaires thermiques. De nouvelles solutions sont nécessaires pour maintenir une efficacité de collecte maximale dans les zones à forte densité de poussière telles que le désert du Néguev en Israël.

"Dans la nature, nous observons que la feuille de lotus reste exempte de poussière et d'agents pathogènes en raison de sa surface nanotexturée, et une cire fine, revêtement hydrophobe qui repousse l'eau, " dit Tabea Heckenthaler, un étudiant en master de Düsseldorf en Allemagne au BGU Zuckerberg Institute for Water Research, Instituts Jacob Blaustein pour la recherche sur le désert. "Dans le désert, la poussière s'accumule à la surface des cellules solaires et il est laborieux de les nettoyer en permanence, nous essayons donc d'imiter ce comportement sur une cellule solaire."

Les chercheurs ont exploré l'effet de la modification d'un substrat de silicium (Si), un semi-conducteur utilisé dans les cellules photovoltaïques, pour imiter les propriétés autonettoyantes de la feuille de lotus, à mesure que l'eau roule sur les feuilles et élimine la contamination.

Il est connu que la superhydrophobie réduit le frottement entre les gouttelettes d'eau et la surface, permettant ainsi aux gouttes d'eau de faire glisser les particules propres des surfaces. Cependant, les forces qui attachent et détachent les particules des surfaces pendant le mécanisme d'autonettoyage et l'effet des nanotextures sur ces forces ne sont pas entièrement compris.

Pour faire la lumière sur ces forces et l'effet de la nanotexture sur elles, les chercheurs ont préparé quatre échantillons à base de silicium pertinents pour les panneaux solaires :(1) surfaces hydrophiles lisses (2) surfaces hydrophiles nanotexturées et (3) surfaces hydrophobes lisses (4) hydrophobes nanotexturées. Ceci a été réalisé en gravant chimiquement la surface pour créer des nanofils sur la surface, et en plus l'application d'un revêtement hydrophobe.

L'élimination des particules est passée de 41 % sur les plaquettes de Si lisses hydrophiles à 98 % sur les surfaces nanotexturées à base de Si superhydrophobe. Les chercheurs ont confirmé ces résultats en mesurant l'adhérence d'une particule de la taille d'un micron au substrat plat et nanotexturé à l'aide d'un microscope à force atomique. Ils ont constaté que l'adhérence dans l'eau est réduite d'un facteur 30.

"Nous avons déterminé que la raison de l'augmentation de l'élimination des particules n'est pas le faible frottement entre les gouttelettes et les surfaces superhydrophobes, " Heckenthaler dit. " Plutôt, c'est l'augmentation des forces qui peuvent détacher les particules des surfaces. Les méthodes expérimentales que nous avons utilisées et le critère d'élimination des particules que nous avons dérivé peuvent être mis en œuvre pour concevoir des surfaces autonettoyantes présentant différentes chimies et/ou textures. »