بخشی از مقاله
خلاصه
شیشههای محافظ در صفحه های خورشیدی بهمنظور کاهش بازتاب با پوششهای ضد بازتاب پوشش داده میشوند. پوششهای ضد بازتاب بر روی شیشه میتواند بازتاب را کاهش دهد، اما عملکرد این پوششها به دلیل تجمع گردوغبار بر سطح صفحه های خورشیدی کاهش مییابد. به همین دلیل این تحقیق با هدف تهیه پوشش ضدبازتاب فوق آبگریز که دارای خواص کاهش بازتاب و خود تمیز شوندگی می باشد انجام شد. بدین منظور پوشش سیلیکا با استفاده از روش غوطه وری بر سطح شیشه لایه نشانی و سپس توسط CTMS اصلاح شد.
مشخصه یابی پوششها با استفاده از روشهای طیفسنجی بازتاب کلی تضعیفشده تبدیل فوریه مادونقرمز، طیفسنجی نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی و میکروسکوپ نیروی اتمی انجام شد. خواص فوق آبگریزی نمونهها توسط اندازهگیری زاویه تماس آب بررسی شد. سپس آزمون خود تمیز شوندگی بر روی پوششها انجام گرفت. پوشش سیلیکای اصلاح شده با CTMS با زاویه تماس بالاتر از 150 درجه و زاویه لغزش کمتر از 10 درجه برای تمیز کردن گرد و غبار با قطرات آب بسیار کارامد است.
طیف عبور شیشه پوشش داده شده با سیلیکای اصلاح شده با CTMS نشان داد که مقدار عبور تا 95 درصد افزایش یافته است. نتایج نشان میدهد که استفاده از پوشش سیلیکای اصلاح شده با CTMS بهعنوان پوشش ضد بازتاب خود تمیز شونده در کاهش هزینههای نگهداری دستگاههای فتوولتائیک و جلوگیری از کاهش بازده صفحه های خورشیدی از طریق کاهش تجمع گردوغبار بر روی سطوح بسیار مفید است.
-1 مقدمه
انرژی خورشیدی با توجه به منبع پایان ناپذیر آن، سازگاری با محیط زیست و به این دلیل که انرژی ورودی سالیانه تابش خورشیدی بر روی زمین بیش از چندین هزار برابر مصرف انرژی سالیانه جهان است، در حال حاضر مهم ترین شکل انرژی های تجدید پذیر است.[1] در دهه گذشته تلاش های بسیاری به منظور بهبود راندمان تبدیل توان در ساخت فن آوری های فتوولتائیک در جهت رقابت با منابع سنتی انرژی انجام گرفته است. اکثر دستگاه های فتوولتائیک از جمله صفحه های خورشیدی آلی و غیر آلی دارای یک محافظ شیشه ای هستند.
بنابراین انتخاب و پردازش این شیشه نقش مهمی در تعیین عملکرد کلی صفحه های خورشیدی ایفا می کند .[2-4] شیشههای محافظ در صفحه های خورشیدی بهمنظور کاهش بازتاب با پوششهای ضد بازتاب پوشش داده میشوند. پوششهای ضد بازتاب بر روی شیشه میتواند بازتاب را کاهش دهد، اما عملکرد این پوششها به دلیل تجمع گردوغبار بر سطح صفحه های خورشیدی کاهش می یابد. علاوه بر این، تمام صفحه های خورشیدی تحت شرایط محیطی مانند برف و باران و گرد و خاک هستند.
چرا که باید تحت شرایط محیط طبیعی در کاربرد های عملی به کار گیرند . به طور کلی به خوبی شناخته شده است که نور تابشی بر روی صفحه های خورشیدی هم از طریق بازتاب در فصل مشترک هوا/شیشه پوشش داده شده و هم از طریق پراکندگی یا جذب توسط گرد و خاک انباشته شده بر روی سطح از دست می رود. در حالی که پوشش های ضد بازتاب ساده بر روی شیشه می توانند بازتاب را کاهش دهند، اما انباشته شدن گرد و خاک و آلودگی روی صفحه های خورشیدی یک نگرانی مهم است .[5-7] متاسفانه تمیز کردن صفحه های خورشیدی از آلاینده ها برای حفظ بازده این دستگاه ها وقت گیر و گران است.
صفحه های خورشیدی خود تمیز شونده برای غلبه بر این نگرانی ها یک راه حل مقرون به صرفه است .[8] بر اساس اصول فوق آبگریز که به طور گسترده به عنوان اثر برگ نیلوفر آبی و یا اثر خود تمیز شونده گی شناخته شده است می تواند برای ساخت صفحه خورشیدی خود تمیز شونده استفاده شود. این سطوح دارای ترشوندگی بسیار کم، زاویه تماس آب بیشتر از 150 درجه و زاویه لغزش معمولا کمتر از 10 درجه است.[9-12] روش های مختلف برای به دست آوردن سطوح خود تمیز شونده از جمله رسوب دهی لایه به لایه، فرایند سل-ژل، رسوب دهی به روش اسپری، مونتاژ کلوئیدی، فرایندهای اچ کردن، لیتوگرافی و فرایند رسوب فیزیکی و شیمیایی بخار وجود دارد .
[13-17] بسیاری از این روش ها در تولید پوشش های ضدبازتاب فوق آبگریز موفق می شوند. با این حال بسیاری از آنها به خاطر این که روش پردازش شامل مراحل پیچیده متعدد، شرایط سخت فرایند، تخصصی وپر هزینه بودن روش و نیاز به تجهیزات با تکنولوژی می باشند در استفاده گسترده شکست خورده اند و روش های آنها به تحقیقات آزمایشگاهی محدود شده است. بنابراین توسعه روش های ساده تر و مقرون به صرفه برای تولید انبوه پوشش های ضدبازتاب فوق آبگریز روی صفحه های خورشیدی ضروری است .[18]
در این ارتباط، یک روش ساده و کم هزینه برای تولید شیشه ی ضد بازتاب خود تمیز شونده ارائه شد. بدین منظور پوشش سیلیکا با استفاده از روش غوطه وری بر سطح شیشه لایه نشانی و سپس توسط CTMS اصلاح سطح شد. پوشش سیلیکای اصلاح شده با CTMS با زاویه تماس بالاتر از 150 درجه و زاویه لغزش کمتر از 10 درجه برای تمیز کردن گرد و غبار با قطرات آب بسیار کارامد است. طیف عبور شیشه پوشش داده شده با سیلیکای اصلاح شده با CTMS نشان داد که مقدار عبور تا 95 درصد افزایش یافته است.
-2 مواد و روش تحقیق
پوشش ضدبازتاب فوق آبگریز توسط فرایند سل-ژل با استفاده از روش غوطهوری در یک محلول الکلی حاوی پیش ماده های trimethoxymethylsilane - TMMS - ، متانول - MeOH - و آمونیم هیدروکسید - NH4OH - تهیه شد. محلول پوشش دهی به مدت 15 دقیقه در دمای اتاق برای همگن شدن توسط هم زن مغناطیسی هم زده شد. برای پوشش دهی، زیر لایههای شیشه بهصورت عمودی در حمام حاوی محلول پوشش غوطهور شد سپس از داخل محلول بیرون کشیده شد. پوشش ها در 150 درجه سانتیگراد برای یک ساعت با نرخ 2 درجه سانتیگراد بر دقیقه در داخل آون برای چگال شدن پوششها حرارت داده شدند.
سپس پوشش سیلیکا برای اصلاح سازی در محلول اصلاح ساز - CTMS - Cholorotrimethylsilane غوطهور شد و سپس خشک شد. مشخصه یابی پوشش ها با استفاده از روشهای طیفسنجی بازتاب کلی تضعیفشده تبدیل فوریه مادونقرمز، طیف سنجی نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی و میکروسکوپ نیروی اتمی انجام شد. خواص فوق آبگریزی نمونهها توسط اندازهگیری زاویه تماس آب بررسی شد. سپس آزمون خود تمیز شوندگی بر روی پوششها انجام گرفت.
-3 نتایج و بحث
1-3 نتایج طیفسنجی بازتاب کلی تضعیفشده تبدیل فوریه مادونقرمز
ترکیب شیمیایی پوشش سیلیکا لایه نشانی شده بر روی زیر لایه شیشهای با استفاده از طیفسنجی بازتاب کلی تضعیف شده تبدیل فوریه مادونقرمز موردبررسی قرار گرفت. شکل 1 طیف بازتاب کلی تضعیفشده تبدیل فوریه مادونقرمز پوشش سیلیکای اصلاحنشده و اصلاح شده با CTMS را نشان میدهد. باندهای جذبی مشاهدهشده در اطراف عدد موج 2900 و 1400cm-1 به دلیل ارتعاش کششی گروه های -CH3 می باشد و پیکهای جذبی در عدد موج 780cm-1 نشاندهنده ارتعاش کششی Si-C و ارتعاش جنبشی -CH3 میباشد. باندهای جذبی مشاهدهشده در اطراف 1270cm-1 و 1400 cm-1 ناشی از تغییر شکل سیستماتیک و ضد سیستماتیک پیوندهای -Si-CH3 است .
[19] پیکهای C-H و Si-C برای پوشش اصلاحشده با CTMSکاملاً قابلتوجه است. این نشان میدهد که گروههای Si-CH3 در سطح، باعث کاهش انرژی آزاد سطحی میشوند که بهطور مؤثر آبگریزی را افزایش میدهد. طیف ATR-FTIR پوشش های سیلیکای اصلاحنشده و اصلاحشده با CTMS یک باند جذب بسیار قوی در نزدیکی اطراف 1000cm-1 نشان میدهند که به علت ارتعاش کششی پیوندهای Si-O-Si است .[20] پیکهای در حدود 900cm-1، 1650cm-1 و باند جذب پهن در حدود 3400cm-1 ناشی از گروههای - OH میباشد.
گروههای OH برای پوشش سیلیکای اصلاحنشدهکاملاً قابلمشاهده است، که پس از اصلاح سطح توسط CTMS کاهش مییابد -24] .[21 گروههای هیدروکسیل موجود در سطح پوشش سیلیکای اصلاحنشده با مولکولهای آب پیوندهای هیدروژنی تشکیل میدهد و باعث افزایش ترشوندگی و کاهش زاویه تماس قطره آب میشود. پوشش های سیلیکای اصلاحشده توسط CTMS به دلیل وجود انرژی آزاد سطحی بسیار پایین ناشی از تشکیل گروههای -Si-CH3 و زبری ناتو متری ناشی از وجود ذرات نانومتری سیلیکا، توانایی رسیدن به خاصیت فوق آبگریزی رادارند.
