Nieuwe AR-coating op siliconenbasis belooft 7% hogere PV-energieopbrengst

Antireflecterende glascoatings zijn tot nu toe de meest veelbelovende manier om de efficiëntie van PV-modules te verbeteren, maar om deze te bereiken is de juiste mix van kosteneffectieve benaderingen en slimme wetenschap vereist.

Onderzoekers van de Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) denken dat ze het mogelijk hebben gekraakt. dr. Zhiyong Fan en zijn groep hebben een nieuwe coating ontwikkeld van siliconen (het materiaal dat wordt gebruikt om zachte contactlenzen te maken) met kleine nanokegels op het oppervlak die direct op glas of zelfs een siliciumwafel kunnen worden aangebracht, veel kosteneffectiever dan andere soortgelijke nanotextuur. films.

Zonder een antireflectiecoating kan het glasoppervlak van een PV-module 4-5% van het licht reflecteren dat erop valt, wat resulteert in een afname van de module-efficiëntie en energieopbrengst. Hoewel traditionele antireflectiecoatings (AR) eenvoudig aan te brengen zijn, zijn ze ontworpen om alleen in een smal bereik van het zonnespectrum te werken. Belangrijker nog is dat dergelijke coatings hun effectiviteit verliezen als de zonnestralen onder een grote hoek op de module vallen, bijvoorbeeld ‘s morgens of’ s avonds.

De sleutel tot het opvangen van dit licht is het creëren van een gestructureerd oppervlak op de AR-coating (in tegenstelling tot de standaard gladde/platte films). Vuil kan echter gemakkelijker vast komen te zitten in de “hobbels” (bijvoorbeeld heuvels en valleien) die de textuur vormen als deze te groot zijn, zodat de verliezen door vervuiling groter zijn dan de voordelen van de textuur. Om besmetting te voorkomen is het belangrijk om de structurele kenmerken zeer klein te houden – in de orde van enkele nanometers (1 nanometer komt overeen met 1/100.000.000ste van een meter). Een dergelijke fijne textuur vereist doorgaans dure, tijdrovende en materiaalintensieve processen zoals fotolithografie of chemisch etsen, vaak op het glas zelf. Dit alles verandert de kostenvergelijking volledig en maakt getextureerde AR-coatings onhaalbaar.

Fan en zijn team slaagden erin de dunne lijn te bewandelen door met behulp van een vormpatroontechniek een dunne laag siliconen te creëren met kegels van nanometerformaat op het oppervlak. Het proces dat wordt gebruikt om de mal te maken, omvat verschillende elektrochemische processen. Zodra er echter een mal is gemaakt, bestaat het voorbereiden van de film simpelweg uit het gieten van de vloeibare siliconen, het drogen en het van de mal afpellen. Dankzij de gebruikte speciale siliconen kan deze laag vervolgens eenvoudig en zonder lijm op elk glas worden aangebracht.

Wanneer de coating werd aangebracht op een kleine dunnefilm-cadmiumtelluridemodule (zie afbeelding hierboven), halveerde de coating de reflectieverliezen en verhoogde de energieopbrengst niet alleen ‘s middags (wanneer zonlicht rechtstreeks op de module valt), maar ook in de ochtend en avond, wanneer de zon schijnt. stralen raken de module in een grotere hoek (zie inzetafbeelding in de onderstaande afbeelding). Het nettoresultaat – een aanzienlijke verbetering van de energieopbrengst van 7% in de loop van de dag.

Klik om te vergroten (Afbeelding tegoed: Zhiyong Fan via SPIE)

De folie verbetert niet alleen de energieopbrengst, maar is ook superhydrofoob (sterk waterafstotend), waardoor deze zelfreinigend is en zeer effectief tegen vervuiling, wat een grote bijdrage levert aan de onderhoudskosten van grote zonne-energiesystemen.

Onderzoekers in het zogenaamde ‘fanlab’ van HKUST willen doorgaan met het onderzoeken van andere siliconen- en niet-siliconenmaterialen, zodat ze de films kunnen aanpassen aan verschillende soorten glas die worden gebruikt met verschillende PV-celtechnologieën.

Onderzoekers lijken er echter op te vertrouwen dat de film fans in de PV-industrie zal aantrekken, en binnenkort zullen details worden vrijgegeven over een productiemethode met hoge doorvoer waarmee de films goedkoop en op grote schaal kunnen worden vervaardigd.

Of de productiekosten het een haalbaar alternatief maken voor bestaande AR-coatings op basis van sol-gel en of de vuilafstotende eigenschappen stabiel blijven gedurende de levensduur van commerciële modules (doorgaans 20-25 jaar) valt nog te bezien.

Bron bovenste afbeelding: Siu-Fung Leung et al