очередное эмигрантское г.) (solar_front) wrote,
очередное эмигрантское г.)
solar_front

Categories:

Нирвана для солнечных батарей

Оригинал взят у nanonews_2011 в Нирвана для солнечных батарей
Борис_Троицкий
Борис Троицкий: Технологии просветления оптики для солнечных батарей нужно создавать самим. Мы тщательно изучаем научную и патентную литературу, но точного описания, как всё делается, найти невозможно


Стремление к просветлению – путь не только буддистских монахов, но и учёных, занятых в сфере солнечной энергетики. Правда, если религиозные деятели движутся к собственной нирване, служители науки стараются наделить повышенными просветляющими свойствами оптику для солнечных батарей. Такую «высшую цель» поставила перед собой и команда исследователей из Института металлоорганической химии им. Г. А. Разуваева РАН (Нижний Новгород).

Оптика для солнечных батарей нуждается в просветлении, то есть приобретении новых свойств, сводящих к нулю коэффициент отражения солнечного света, что в итоге значительно повышает КПД батарей, а значит, и делает доступнее солнечную энергию. Наука уже нашла путь к такому просветлению – посредством нанесения на стёкла тончайших покрытий. Это направление интенсивно развивалось с 30-х годов XX века, в том числе и в СССР, но тогда упор делали на технологию нанесения многослойных покрытий в вакууме, что было сложно и дорого. В наше время, когда стали очевидны потребности планеты в развитии альтернативной энергетики, учёные начали совершенствовать прежние наработки. Так, вместо многослойных покрытий появились однослойные, имеющие очень низкий коэффициент преломления света, благодаря чему в определённой области солнечного спектра через стекло может проходить 100 % солнечной энергии. По своим свойствам этот один слой заменяет просветляющее покрытие из нескольких наноплёнок в старой вакуумной технологии, а способ его нанесения значительно дешевле. Впервые данный подход был реализован в Германии.

Однако эту технологию, как особо ценную и прорывную, держат за семью замками.

Группа исследователей из Института металлоорганической химии им. Г.А. Разуваева РАН поставила цель найти свой собственный путь в решении аналогичной задачи, и создать отечественный рецепт производства оптики для солнечных батарей с повышенными просветляющими свойствами.

«Такие технологии нужно создавать самим, – замечает по этому поводу участник проекта, профессор Борис Троицкий. – Мы тщательно изучаем научную и патентную литературу, но точного описания, как всё делается, найти невозможно. Кроме патентов много «ноу-хау» и много путей, которые ведут в никуда. Возможно, разработчики так делают специально, чтобы дольше сохранить своё лидерство».

В Институте металлоорганической химии исследователи пришли к выводу, что главным ингредиентом приготовления однослойных плёночных покрытий станет золь-композиция, состоящая из полых и сплошных наночастиц диоксида кремния. Это коллоидный раствор, в который на определённое время будут опускать и поднимать обратно с заданной скоростью силикатные стёкла. После «купания» эти стёкла отправят в печь на «запекание» при определённой температуре, благодаря чему осаждённое на них нанопористое покрытие из диоксида кремния станет твёрдым. Собственно, в этом и состоит рецепт нижегородских учёных получения просветляющих плёнок для оптики. Его реализовать значительно проще и дешевле, чем энергоёмкую вакуумную технологию, предполагающую ювелирные работы с каждым отдельным слоем покрытия.

Самое сложное в этом рецепте, по мнению его авторов, – научиться создавать полые, то есть содержащие пустоты, наночастицы диоксида кремния. Именно эта особенность частиц обеспечивает выпекаемым плёнкам крайне низкий показатель преломления солнечного света.

«До недавнего времени материалов с такими свойствами просто не существовало, – поясняет Борис Троицкий. – Лучшее, что мы имели, – это тефлон, или фторированный углеводород с показателем преломления 1,33. Но мы же хотим добиться нулевого отражения солнечного света, поэтому нам нужно создавать плёнки с более низким показателем преломления – не выше 1,23. Это можно сделать как раз с помощью полых наночастиц. У них внутри воздух, который, как известно, имеет самый низкий показатель преломления, равный единице».

Обработка_стекла
Стекло в процессе обработки. Если внимательно присмотреться, на нем можно разглядеть границу просветленной и непросветленной областей

К настоящему времени исследователи научились получать просветляющие покрытия из золь-композиций диоксида кремния, содержащих различные органические добавки. Силикатное стекло с этими покрытиями пропускает в максимуме 99.0–99.9 % падающего света (без покрытия стекло пропускает в максимуме 91.0–92 % света), но данные покрытия имеют неудовлетворительную для практического использования твёрдость.

Сейчас учёные разрабатывают экономически целесообразную методику получения полых наночастиц диоксида кремния для создания золь–композиций, из которых можно будет получать просветляющие покрытия с отличными свойствами как по светопропусканию, так и по твёрдости.

«Сначала получаем наночастицы типа «ядро–оболочка», потом удаляем из них ядра и таким образом создаём полые наночастицы. К концу этого года данную задачу должны окончательно решить», – отмечает Борис Троицкий.

Золь-композиции
На правой части этого стекла – просветляющее покрытие из золь-композиций диоксида кремния, содержащих различные органические добавки. На левой части покрытия нет

Далее в планах – разработка технологии нанесения просветляющих покрытий на оптические полимеры, которые в будущем во многих практических приложениях должны прийти на смену силикатным стёклам. Недостаток этих полимеров в том, что они легко царапаются и быстро мутнеют, но если на них нанести керамическую нанопористую плёнку с просветляющими свойствами, то получится материал с отличными оптическими характеристиками и хорошей абразивостойкостью. Специалисты прогнозируют рост спроса на такие материалы в будущем.

«Полимеры, во-первых, в полтора раза легче, чем стекло, а во-вторых, обладают значительно большей ударной прочностью. То есть если вы бросите камень в силикатное стекло, то, конечно, его разобьёте, а если в стекло из поликарбоната, то камень от него отскочит, и на этом вся трагедия закончится. Это очень важно для автомобилей или летательных аппаратов», – приводит свои оценки Борис Троицкий.

Индустриальным партнёром института в проекте выступает «Стеклозавод Ворга», который выразил готовность внедрять технологию в производство. Авторы проекта рассчитывают, что конечный продукт – просветлённые силикатные стекла заинтересуют производителей солнечных батарей, а полимеры – представителей авиа- и автомобилестроения.

Проект «Разработка новых нанопористых покрытий на стекло, обладающих высокой просветляющей способностью и повышенной твердостью» поддержан ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2014–2020 годы». Руководитель Проекта – заместитель директора ИМХ РАН член–корреспондент РАН Федюшкин Игорь Леонидович.

Быкова Наталья

http://www.strf.ru/material.aspx?CatalogId=221&d_no=96217#.VSmomGe-BR0


Tags: pv, Россия, технология
Subscribe
promo solar_front october 18, 2017 11:19 22
Buy for 30 tokens
Желание упорядочить знание об окружающих варварах привело выдающуюся австрийскую науку к созданию " Таблицы Народов" (начало 18 го века). Просто представьте себе - уже вот-вот начнется семилетняя война, А.В. Суворов скоро придет в эти Альпы, а австрийцы уже были вооружены знанием своих…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 17 comments