فريق صيني يطوّر غشاءً موصلاً شفافاً مزدوج الطبقة يرفع كفاءة إزالة الغبار الكهروستاتيكية للألواح الكهروضوئية إلى 96.36%

أخبار ar.wedoany.com، طوّر فريق بحثي صيني غشاءً موصلاً شفافاً مزدوج الطبقة لإزالة الغبار كهروستاتيكياً دون تلامس من الألواح الشمسية، مصنوعاً من أنابيب الكربون النانوية أحادية الجدار (single-walled carbon nanotubes، SWCNTs) وفلوريد المغنيسيوم (MgF2). وفي الاختبارات، بلغت نسبة إزالة الغبار الكهروستاتيكية للعينة المطلية بـ MgF2 ‏96.36%، مقابل نحو 84.08% للغشاء المرجعي من SWCNT غير المطلي بـ MgF2؛ كما بلغت أعلى نفاذية 91.4%، وأدنى عتامة 0.12%، والكفاءة المعيارية بعد التنظيف 91.97%.

تجمع أنابيب SWCNTs بين الموصلية والشفافية، لكن سطحها خشن نسبياً ويميل إلى امتزاز الغبار؛ وتُستخدم طبقة MgF2 لتسوية السطح والمساعدة في إزالة الغبار. وقد بحثت الدراسة تأثير سماكة MgF2 في الخصائص البصرية والكهربائية والسطحية وأداء إزالة الغبار الكهروستاتيكية للغشاء.

أُجري التحضير على ركيزة زجاجية بأبعاد 50 مم × 50 مم × 0.7 مم: أولاً دُشّنت أنابيب SWCNTs مع عامل تشتيت ومساعد تكوين الغشاء في الماء، ثم طُبّقت بقضيب طلاء لتكوين شبكة موصلة، ثم خضعت للتلدين والغسل؛ بعد ذلك رُسّب MgF2 بسمك 40 نانومتر و80 نانومتر و120 نانومتر و160 نانومتر بالتبخير بحزمة الإلكترونات. واستُخدم غشاء SWCNT غير المطلي بـ MgF2 كمرجع للمقارنة.

بعد التوصيف، وُضع الزجاج المطلي فوق خلية كهروضوئية، واختُبر برمال طبيعية مأخوذة من صحراء كوبوتشي وتنغر وتاكلامكان. ووُلّد مجال كهربائي بمصدر تيار مستمر خارجي ولوح معدني يبعد 1 سم عن الطلاء المؤرض، وقيس معدل إزالة الرمال ومخرجات قدرة الخلية بعد التنظيف.

أظهرت النتائج أن طبقة MgF2 بسمك يتراوح بين 80 نانومتر و120 نانومتر تحقق توازناً أفضل بين الخصائص البصرية والسطحية وأداء التنظيف الكهروستاتيكي. فالترسيب المعتدل يحافظ على شبكة SWCNT متصلة، وينخفض الجذر التربيعي لمتوسط مربع الخشونة من 5.316 نانومتر إلى 3.747 نانومتر؛ وتبلغ زاوية التلامس مع الماء 111°، وتنخفض الطاقة السطحية الكلية إلى 19.68 mN/m، وترتفع نسبة التنظيف الذاتي من 65.01% إلى 78.68%، ما يشير إلى أن MgF2 يقلل التصاق الغبار ويعزز إزالة الغبار بالغسل المائي.

يُحسّن ترسيب MgF2 الخصائص البصرية، لكن فقدان الموصلية يزداد كلما زادت سماكة الطبقة. ويرى الباحثون أن الطلاء بسمك 80 نانومتر يمثل أفضل مقايضة بين الأداء البصري والكهربائي وأداء إزالة الغبار؛ أما إذا أُعطيت الأولوية للنفاذية واستعادة مخرجات القدرة الكهروضوئية، فإن الطلاء بسمك 120 نانومتر يكون أفضل.

نُشرت الورقة بعنوان "Thickness-engineered SWCNT/MgF2 bilayer transparent conductive films for coupled antireflection and electrostatic dust removal on photovoltaic panels" في مجلة 《Materials & Design》. وتشمل الجهات المشاركة جامعة شمال الصين للطاقة الكهربائية (North China Electric Power University)، ومعهد سيتشوان لبحوث الطاقة الكهربائية التابع لشبكة الدولة (State Grid Sichuan Electric Power Research Institute)، وشركة ينغلي لتطوير الطاقة (Yingli Energy Development)، وجامعة خبي (Hebei University).