Ny silikonebaseret AR-belægning lover 7 % højere PV-energiudbytte

Antireflekterende glasbelægninger har hidtil været det mest lovende middel til at forbedre effektiviteten af ​​PV-moduler, men at opnå dem kræver den rigtige blanding af omkostningseffektive tilgange og smart videnskab.

Forskere ved Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) mener, at de kan have knækket det. Dr. Zhiyong Fan og hans gruppe har udviklet en ny belægning lavet af silikone (materialet, der bruges til at lave bløde kontaktlinser) med bittesmå nanokegler på overfladen, der kan påføres direkte på glas eller endda en siliciumwafer meget mere omkostningseffektivt end andre lignende nanoteksturerede film.

Uden en anti-reflekterende belægning kan glasoverfladen på et PV-modul reflektere 4-5 % af det lys, der rammer det, hvilket resulterer i et fald i moduleffektivitet og energiudbytte. Mens traditionelle antireflekterende (AR) belægninger er nemme at påføre, er de designet til kun at fungere i et snævert område af solspektret. Endnu vigtigere er det, at sådanne belægninger mister effektiviteten, når solens stråler rammer modulet i en stor vinkel – såsom om morgenen eller aftenen.

Nøglen til at fange dette lys er at skabe en tekstureret overflade på AR-belægningen (i modsætning til standard glatte/flade film). Dog kan snavs lettere blive fanget i de “buler” (f.eks. bakker og dale), der danner teksturen, hvis disse er for store, så forureningstabene opvejer gevinsterne fra teksturen. For at forhindre kontaminering er det vigtigt at holde de strukturelle træk meget små – i størrelsesordenen nogle få nanometer (1 nanometer svarer til 1/100.000.000-del af en meter). Sådan fin teksturering kræver typisk dyre, tidskrævende og materialekrævende processer såsom fotolitografi eller kemisk ætsning, ofte på selve glasset. Alt dette ændrer fuldstændigt omkostningsligningen og gør teksturerede AR-belægninger umulige.

Fan og hans team formåede at gå den fine linje ved at bruge en formmønsterteknik til at skabe et tyndt lag silikone med nanometer-store kegler på overfladen. Processen, der bruges til at skabe formen, involverer flere elektrokemiske processer. Men når først en form er skabt, involverer forberedelsen af ​​filmen blot at hælde den flydende silikone, tørre den og skrælle den fra formen. Takket være den anvendte specielle silikone kan dette lag nemt påføres ethvert glas uden lim.

Når belægningen påføres et lille tyndfilm cadmium telluridmodul (se billedet ovenfor), halverede belægningen refleksionstabet og øgede energioutput ikke kun ved middagstid (når sollys rammer modulet direkte), men også om morgenen og aftenen, hvor solens stråler ramt i en større vinkel på modulet (se indsat billede i grafikken nedenfor). Nettoresultatet – en markant forbedring af energiudbyttet på 7 % i løbet af dagen.

klik for at forstørre (Billedkredit: Zhiyong Fan via SPIE)

Filmen forbedrer ikke kun energiudbyttet, men er også superhydrofob (stærkt vandafvisende), hvilket gør den selvrensende og meget effektiv mod forurening, hvilket i høj grad bidrager til vedligeholdelsesomkostningerne for store solcelleanlæg.

Forskere i det såkaldte “fan-lab” på HKUST ønsker at fortsætte med at udforske andre silikone- og ikke-silikonematerialer, så de kan tilpasse filmene til forskellige typer glas, der bruges med forskellige PV-celleteknologier.

Forskere ser dog ud til at være sikre på, at filmen vil tiltrække fans i PV-industrien, med detaljer, der snart vil blive frigivet om en højkapacitetsfremstillingsmetode, der gør det muligt at fremstille filmene billigt og i stor skala.

Hvorvidt produktionsomkostningerne gør det til et levedygtigt alternativ til eksisterende sol-gel-baserede AR-belægninger, og om de smudsafvisende egenskaber forbliver stabile i løbet af kommercielle modulers levetid (typisk 20-25 år) skal vise sig.

Billedkilde ovenfor: Siu-Fung Leung et al