تعديل الواجهات والألواح الشمسية بسهولة بزجاج رقيق خفيف الوزن يتحمل درجات الحرارة العالية

تحديات الزجاج الرقيق ينكسر بسهولة شديدة ويتفاعل بشكل حساس مع الضغوط الحرارية والميكانيكية

تنظيف الواجهات الزجاجية والمنشآت الشمسية مكلف ويستغرق وقتًا طويلاً، يقلل الغبار والمخلفات المنقوله عبر الرياح والغبار من إنتاجية الوحدات الشمسية، فقد نجح معهد فراونهوفر للإلكترونيات العضوية وشعاع الإلكترون وتكنولوجيا البلازما الآن في تطبيق أكسيد التيتانيوم البلوري على زجاج فائق الرقة باستخدام عملية لفة، وبالتالي تحقيق أسطح كارهة للماء تصبح فائقة القدرة تحت ضوء الأشعة فوق البنفسجية.

سيتم تقديم النتائج الأولية لهذا العرض لبعض مرافق الارتقاء بالوصول المفتوح NewSkin في Fraunhofer المشترك، رقم C2-528، خلال BAU 2023، 17-22 أبريل، في ميونيخ ، ألمانيا .

في عام 2021، غطت الخلايا الكهروضوئية 8.9% من إجمالي استهلاك الكهرباء في ألمانيا بتوليد 50 تيراواط ساعة، يجب زيادة هذه النسبة للوصول إلى انتقال مستدام للطاقة، تضمن الأسطح المقاومة للأوساخ وسهلة التنظيف الشفافية والنظافة للواجهات، وإنتاج طاقة أكثر كفاءة واتساقًا للطاقة الشمسية، مع تكاليف صيانة أقل.

يوضح فالنتين هايزر، طالب الدراسات العليا، “نحن نركز على الجوانب المائية المستحثة ضوئيًا على الأسطح هنا”، “لرفع مستوى هذا التأثير، نطبق أكسيد التيتانيوم البلوري على الزجاج الرقيق للغاية في عملية لفة للمرة الأولى، وهذا فعال للغاية، يمكن تطبيق الزجاج فائق النحافة وخفيف الوزن لاحقًا على الواجهات أو دمجه مباشرةً في وحدات الطاقة الشمسية مثل مادة مركبة – وحتى على الأسطح المنحنية. ”

يغير ثاني أكسيد التيتانيوم قابليته للماء، أي مقاومته للماء، عند تعرضه للأشعة فوق البنفسجية (على سبيل المثال، التنشيط بواسطة ضوء الشمس)، غير مشع، وهو كاره للماء، مما يعني أنه يشكل قطرات الماء، بعد التشعيع، يكون شديد المحبة للماء، أو مبلل تمامًا، في حالة المحبة للماء المستحثة ضوئيًا، يتغير السطح من كاره للماء إلى شديد المحبة بعد حوالي 30 دقيقة من الإشعاع بضوء الأشعة فوق البنفسجية الشبيه بالشمس.

الأسطح المطلية بثاني أكسيد التيتانيوم

على الأسطح المطلية بثاني أكسيد التيتانيوم، لا يمكن ترسيب الأوساخ أو ترسب القليل جدًا منها، على سبيل المثال، إذا ترسب الغبار المروري أو الرمل أو الأوساخ الأخرى على الواجهات الزجاجية أو الألواح الشمسية، فإنه يتم غسله بسبب الكراهية المائية للسطح ليلاً عن طريق قطرات المطر المكسوة بالخرز، بالإضافة إلى ذلك، فإن التناوب الدوري للخصائص الكارهة للماء والفائقة المحبة للماء يعني أن الأوساخ لا تلتصق بالسطح أثناء النهار.

تحلل الجزيئات العضوية

يعمل أكسيد التيتانيوم الذي يتم تنشيطه باستخدام ضوء الأشعة فوق البنفسجية أيضًا على تحلل الجزيئات العضوية الموجودة على السطح عن طريق التحفيز الضوئي، ينتج عن ذلك أسطح مضادة للبكتيريا ومعقمة ذات أهمية خاصة في التكنولوجيا الطبية أو فيما يتعلق بشاشات العرض المرنة.

طور الباحثون في Fraunhofer FEP الطلاءات الأولى: على وجه التحديد، لفة من الزجاج الرقيق بعرض 30 سم وطول 20 مترًا، بسماكة زجاجية 100 ميكرومتر، تم تغليفها بـ 30-150 نانومتر من أكسيد التيتانيوم في لفة نظام للفة، يقع هذا المصنع التجريبي لطلاء الزجاج الرقيق FOSA LabX 330 Glass من VON ARDENNE فيFraunhofer FEP.

التحديات

يتمثل أحد التحديات التي يواجهها مشروع العرض هذا في أن الزجاج الرقيق عبارة عن ركيزة جديدة جدًا لها متطلبات معالجة كبيرة، حيث يتكسر بسهولة شديدة ويتفاعل بشكل حساس مع الضغوط الحرارية والميكانيكية.

ثانيًا، يحقق ثاني أكسيد التيتانيوم خصائصه الخاصة في مقاومة الماء فقط عندما يكون متبلورًا، لهذا فإنه يتطلب درجات حرارة عالية أثناء الإنتاج، لا يمكن تنفيذ عمليات الطلاء بالرش مع هذه المتطلبات في تقنية Roll to-Roll حتى الآن، لأن الركائز الشائعة، مثل الأفلام، لا يمكنها تحمل درجات الحرارة المرتفعة، هذا هو المكان الذي يوفر فيه الزجاج الرقيق بديلاً.

بفضل هذا العمل من خلال NewSkin ، يعمل علماء Fraunhofer FEP الآن على الجمع بين خصائص ثاني أكسيد التيتانيوم والزجاج الرقيق بطريقة مثالية وفعالة من حيث التكلفة من أجل طرح منتجات مبتكرة في السوق جنبًا إلى جنب مع الصناعة، يعمل باحثون من جامعة أوبسالا، الشريكة لشركة NewSkin ، على نقل النتائج حتى إلى أفلام البوليمر.

في المستقبل، ستعمل Fraunhofer FEP أيضًا على أنظمة الطبقات التي يمكن تنشيطها ليس فقط بالأشعة فوق البنفسجية ولكن أيضًا بؤ كما يتم النظر في إنتاج ودمج الجسيمات النانوية أو تعاطي المنشطات بالنيتروجين، على سبيل المثال.