Китайская команда разработала двухслойную прозрачную проводящую плёнку, обеспечивающую электростатическое удаление пыли с фотоэлектрических панелей на 96,36%

Репортаж от Wedoany，Китайская исследовательская группа разработала двухслойную прозрачную проводящую плёнку для бесконтактного электростатического удаления пыли с солнечных панелей на основе одностенных углеродных нанотрубок (single-walled carbon nanotubes, SWCNTs) и фторида магния (MgF2). В ходе испытаний степень электростатического удаления пыли для образца с покрытием MgF2 составила 96,36%, для контрольной плёнки SWCNT без MgF2 — около 84,08%; максимальное пропускание — 91,4%, минимальная мутность — 0,12%, нормированная эффективность после очистки — 91,97%.

SWCNTs сочетают электропроводность и прозрачность, однако их поверхность довольно шероховата и легко адсорбирует пыль; слой MgF2 служит для выравнивания поверхности и способствует удалению пыли. В исследовании изучено влияние толщины MgF2 на оптические, электрические, поверхностные свойства и характеристики электростатического удаления пыли.

Изготовление проводилось на стеклянных подложках размером 50 мм × 50 мм × 0,7 мм: сначала SWCNTs вместе с диспергантом и плёнкообразующей добавкой диспергировали в воде, методом нанесения стержнем формировали проводящую сеть, затем отжигали и промывали; далее методом электронно-лучевого испарения осаждали MgF2 толщиной 40 нм, 80 нм, 120 нм и 160 нм. В качестве контроля использовали плёнку SWCNT без MgF2.

После характеризации стекло с покрытием размещали над фотоэлектрическим элементом и испытывали с использованием природного песка, взятого из пустынь Кубуци, Тэнгэр и Такла-Макан. Внешний источник постоянного тока и металлическая пластина, расположенная на расстоянии 1 см от заземлённого покрытия, создавали электрическое поле; измеряли долю удалённого песка и выходную мощность элемента после очистки.

Результаты показали, что слой MgF2 толщиной от 80 нм до 120 нм обеспечивает наиболее сбалансированные оптические, поверхностные и электростатические очищающие свойства. Умеренное осаждение сохраняет непрерывную сеть SWCNT, среднеквадратичная шероховатость снижается с 5,316 нм до 3,747 нм; краевой угол смачивания водой достигает 111°, общая поверхностная энергия снижается до 19,68 мН/м, степень самоочистки повышается с 65,01% до 78,68%, что указывает на способность MgF2 уменьшать прилипание пыли и способствовать её удалению водной промывкой.

Осаждение MgF2 улучшает оптические свойства, но чем толще слой, тем больше потери проводимости. Исследователи считают, что покрытие толщиной 80 нм представляет собой оптимальный компромисс между фотоэлектрическими характеристиками и удалением пыли; если приоритетом являются пропускание и восстановление выходной мощности фотоэлектрической панели, предпочтительнее покрытие толщиной 120 нм.

Статья «Thickness-engineered SWCNT/MgF2 bilayer transparent conductive films for coupled antireflection and electrostatic dust removal on photovoltaic panels» опубликована в журнале «Materials & Design». В числе участвующих организаций — Северо-Китайский электроэнергетический университет (North China Electric Power University), Сычуаньский научно-исследовательский институт электроэнергетики Государственной электросетевой корпорации (State Grid Sichuan Electric Power Research Institute), Yingli Energy Development и Хэбэйский университет (Hebei University).