太阳能电池板防污纳米材料 可将光伏发电性能提高5％至15％

总部位于荷兰的RadsGlobalBusinessBV开发了一种用于太阳能玻璃的多功能防污纳米涂料，该涂料还据称可减轻潜在的诱导降解（PID），并具有抗反射和抗腐蚀作用。

公司首席执行官拉吉贝尔·辛格（RajbeerSingh）表示：“这种涂层可用于大型光伏电站中的机器人干洗。”他说：“由于涂层的自清洁功能，它可通过减少50％至70％的水消耗来提高湿法清洁的效率，”他指出，弄脏、结垢、腐蚀、磨蚀和玻璃反射可减少透射率在实地条件下，通过模块玻璃的光的射程为5％至20％。

据他介绍，该涂层解决方案可将光伏发电项目的性能提高5％至15％，并确保降低清洁成本，并减少由于腐蚀以及运行和维护对光伏组件造成的损坏。他解释说：“我们的涂料可以将清洁成本降低60％，”他补充说，在沙漠和受污染场地的光伏项目的收入增长可能在8％到18％之间。

该技术已在荷兰获得专利，涂料生产计划在印度进行，该工厂目前正在建设中。辛格说：“由于将涂层应用于钢化切割后的尺寸的太阳能玻璃，该涂层生产线可以与任何太阳能玻璃制造商以及PV组件制造商一起安装。该涂层是通过化学燃烧气相沉积（CCVD）工艺加工的，该工艺使其具有极高的耐用性。”据他介绍，该涂层可以直接在面板工厂中应用到模块上，或者在玻璃工厂中应用到太阳能玻璃上。

根据辛格的说法，该涂层在实际条件下已经显示出非常好的结果。它被手动应用于印度德里的一个太阳能公园，并在2016年和2021年进行了测试。该测试表明，与组件上未镀膜的模块相比，它使模块的发电量增加了约8.9％。

“该产品可以应用于现有的光伏领域，这意味着现有的项目可以获得额外的收入，并降低了运营和维护成本，”首席执行官继续说道。“由于清洁用水对于缺水地区的所有现有大型光伏项目都是一个严峻的挑战，因此这种涂料可以拯救这些项目”

据他介绍，通过涂装线进行涂装的成本可能占PV项目总成本的2-3％。

其他防污纳米材料的研发

可喷涂在太阳能电池板上的纳米分子

亚利桑那州立大学的一家初创公司SwiftCoat开发了一种新的真空沉积方法，将基于TiO2的纳米分子喷涂在不同类型的表面上，包括太阳能电池板。这种应用将有助于控制可能导致发电两位数损失的污染。

SwiftCoat的首席技术官、美国州立大学教授扎卡里•霍尔曼（ZacharyHolman）表示，该工艺正在一家不知名的玻璃制造商进行测试，并将在科罗拉多州戈尔登的国家可再生能源实验室进行实地验证，然后扩大规模用于商业生产。

SwiftCoat的首席执行官彼得•弗斯（PeterFirth）指出：“灰尘的堆积会使电池板的功率输出减少多达30%，如果你不是那种爬上屋顶清洁电池板的人，这种效率损失可能会持续数月。”

污染应用的关键是使用二氧化钛催化紫外线分解空气中的灰尘颗粒。Swift-Coat的高级工程师ShannonPoges解释说：“我们的涂层中的特殊纳米颗粒在紫外线的推动下进行化学反应，有效地分解污垢，保持面板清洁，并以最佳效率运行。”霍尔曼认为，这种新涂层的经济影响是，在不增加制造费用的情况下，它可以使太阳能电池板的电力产量每年增加3%。

在风险投资和美国能源部的帮助下，SwiftCoat开发了其气溶胶撞击驱动组件（AIDAnanomaterialdepositionmethod），即AIDA纳米材料沉积方法。根据美国国家科学院（NationalScience）的摘要，在这种方法中，气溶胶纳米颗粒通过气流以音速通过狭缝状喷嘴加速并附着在基底上基金会（NSF）。

美国国家科学基金会说，这些纳米涂层的厚度可以从几纳米（十亿分之一米）到几毫米不等，在直径为5英寸的基底上，不均匀性不到10%。这大致相当于太阳能电池板中使用的现代硅太阳能电池的大小。

美国能源部的一项100万美元的项目资助了纳米涂层应用，这将有助于控制太阳能电池板上的污垢。

为期18个月的项目，减少模块污染与可扩展和强大的光催化涂层，正在亚利桑那州立大学开发，并将于3月开始。DOE总结说，该项目将为太阳能玻璃制造多层、抗反射和防污涂层并进行缩放。能源部的能源太阳能技术办公室支持早期的研究和开发，以提高太阳能技术在电网上的可负担性、可靠性和性能。

这些防污涂层将通过喷涂直径约为5纳米的干燥纳米颗粒的技术沉积。DOE解释说，这种涂料有可能通过减少光被反射或灰尘落在模块上时产生的能量输出损失，从而提高年能源产量。他们还将减少操作和维护成本，因为模块将不需要太多的清洁，该机构补充说。

霍尔曼指出，与当今太阳能工业中的其他真空沉积工艺不同，AIDA基于大型真空泵，其工作压力更接近正常大气压力。他建议，这降低了太阳能涂层的成本，可以帮助一家公司避免增加一条新的真空泵生产线，这可能需要数百万美元。

霍尔曼指出，在快速涂层工艺下，纳米涂层的孔隙率也得到了高度控制，孔隙率在5%到95%之间。这种孔隙率控制使该公司还能够控制材料的反射指数，太阳能行业力求将其降至最低，以便最大限度的可转换光照射到玻璃封装面板内的太阳能电池。

AIDA工艺的另一个特点是它可以控制给定厚度和密度的表面粗糙度。重要的是要有光滑的玻璃涂层以防划伤，或粗糙的涂层以增强附着力。

美国能源部项目设计的一部分仍在进行中，该项目正在确定什么样的材料可以添加到雨燕涂层将沉积在面板玻璃的多层涂层中。除了有助于保持太阳能电池板玻璃的清洁外，通过AIDA工艺沉积的纳米颗粒还有助于增强单面和双面太阳能电池板中的反射光，或者那些吸收两面光的太阳能电池板。

美国国家科学基金会指出，当硅太阳能电池的后反射器采用适当设计的纳米颗粒涂层时，其内部后反射器的反射率可达到99%以上，这是最好的测量值。

一种可以加入多层快速涂层的材料是有机染料纳米颗粒，它有助于捕捉太阳能电池中的不可见光。劳伦斯伯克利国家实验室的一位研究人员在一份声明中说：“染料起到了分子级太阳能聚光器的作用，将近红外光子的能量输送到纳米颗粒中。由于粒子本身对可见光基本上是透明的，因此它们允许其他可用光通过玻璃。”LBNL有一个单独的能源部拨款，用于研究和开发太阳能应用的有机染料材料和制造工艺。

霍尔曼指出，一旦快速涂层工艺与玻璃制造商合作，完善了这种沾污应用，机械工艺将扩大到可以一次喷涂整个太阳能电池板的程度。

SwiftCoat公司称，该公司为使其真空沉积工艺商业化而开发的产品，每分钟可涂覆数百平方英尺的涂层，同时将厚度公差保持在10%以上，使消费者、工业界和军方能够涂覆任何表面，而不管其硬度、平滑度和形状如何。