Un revêtement silice sans PFAS améliore de 4,75 % l'efficacité des cellules solaires

Une équipe internationale de chercheurs a mis au point un revêtement bicouche transparent aux propriétés superhydrophobes, conçu pour protéger les panneaux solaires de l'encrassement. Le procédé, fondé sur la chimie sol-gel et des nanoparticules de silice hydrophobe, améliore l'efficacité des cellules solaires de 4,75 %, selon les résultats publiés dans Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. À la différence de nombreuses solutions commerciales, ce revêtement ne contient aucune substance perfluoroalkylée ou polyfluoroalkylée (PFAS), ces composés chimiques persistants dans l'environnement. « La double couche repousse l'eau, la poussière et les saletés sans réduire la quantité de lumière atteignant les cellules photovoltaïques », indique Shanhu Liu, auteur correspondant de l'étude.

Un procédé sol-gel sans composés fluorés

Le procédé sol-gel est une méthode chimique en phase liquide permettant de déposer des films minces sur des surfaces. Les précurseurs liquides réagissent par hydrolyse et condensation pour former une solution colloïdale, qui se transforme progressivement en gel avant d'être déposée sur le substrat et traitée thermiquement. Pour ce revêtement, l'équipe a utilisé des plaques de verre comme substrats, associées à du tétraéthylorthosilicate (TEOS), de l'éthanol, une solution d'ammoniaque et des nanoparticules de silice hydrophobe. Les substrats ont préalablement été nettoyés par ultrasons, rincés à l'eau déionisée et séchés afin d'éliminer les contaminants de surface.

Le revêtement comprend deux couches distinctes. Une première couche de silice hydrophile est déposée par immersion (dip-coating), puis une seconde couche de nanoparticules de silice hydrophobe est appliquée par cycles successifs. Cette rugosité microscopique piège l'air en surface et provoque la formation de gouttelettes d'eau qui roulent en emportant les salissures. « Notre revêtement combine une fine couche adhésive de base avec des nanoparticules de silice hydrophobe qui se verrouillent lors du durcissement », précise Sudhagar Pitchaimuthu, co-auteur de l'étude.

Transmittance à 96,2 % et durabilité confirmées en laboratoire

Les analyses par microscopie électronique à balayage (MEB), microscopie à force atomique (AFM), spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR), diffraction des rayons X (XRD), spectroscopie photoélectronique X (XPS) et spectroscopie UV-Vis ont confirmé les propriétés du matériau. Le revêtement affiche un angle de contact avec l'eau d'environ 154° et un angle de glissement de 1,5°, valeurs caractéristiques d'une superhydrophobie marquée. La transmittance optique atteint 96,2 %, grâce au gradient d'indice de réfraction créé par les couches de silice superposées.

Les tests mécaniques ont mis en évidence une résistance satisfaisante à l'abrasion, à l'impact de sable et aux chocs de gouttelettes d'eau, selon les chercheurs. Le matériau présente également une stabilité chimique en milieux neutres et acides et maintient ses performances lors d'expositions en extérieur. « La poussière, les salissures et les fientes d'oiseaux affectent tous les performances des panneaux solaires. La maintenance risque d'endommager les panneaux, est coûteuse et représente parfois un défi logistique », rappelle Pitchaimuthu. L'absence de PFAS distingue cette solution de nombreux revêtements hydrophobes existants sur le marché photovoltaïque.