Des chercheurs développent un revêtement superhydrophobe transparent pour panneaux solaires sans PFAS

Une équipe de recherche internationale a développé un revêtement bicouche alliant procédé sol-gel et nanoparticules de silice hydrophobe, destiné à protéger les surfaces de panneaux solaires contre l'accumulation de poussière, les réflexions lumineuses, les fientes d'oiseaux et les films d'eau. Selon l'auteur correspondant Shanhu Liu, le revêtement repousse l'eau, la poussière et les salissures sans réduire la quantité de lumière atteignant les cellules photovoltaïques. Sa formulation exclut les substances per- et polyfluoroalkylées (PFAS), présentes dans de nombreuses solutions commerciales existantes.

Une architecture bicouche sans substances fluorées

Le procédé sol-gel est une méthode chimique humide permettant de produire des revêtements minces à partir de précurseurs liquides. Ces précurseurs réagissent par hydrolyse et condensation pour former une solution colloïdale (sol), qui se transforme en gel, puis en un film solide après dépôt et traitement thermique. L'équipe a utilisé du tétraéthyle orthosilicate (TEOS), de l'éthanol, une solution d'ammoniaque et des nanoparticules de silice hydrophobe comme matériaux principaux, sur des substrats en verre. La rugosité microscopique créée par ces nanoparticules piège l'air en surface, provoquant la formation de gouttelettes d'eau qui roulent et entraînent les salissures.

Le co-auteur Sudhagar Pitchaimuthu indique que la poussière, les salissures et les fientes d'oiseaux affectent les performances des panneaux solaires, tandis que la maintenance présente des risques d'endommagement, des coûts élevés et des difficultés logistiques. Le revêtement combine une fine couche adhésive de base avec des nanoparticules de silice hydrophobe qui se fixent lors du processus de durcissement. Cette architecture vise à réduire les besoins de maintenance tout en préservant la transmission lumineuse vers les cellules.

Caractérisation et résultats mesurés

Le processus de fabrication comprend plusieurs cycles de dip-coating, avec variation du nombre de cycles et des concentrations de nanoparticules pour optimiser la transmittance optique et la mouillabilité de surface. Les échantillons sont ensuite frittés à différentes températures pour améliorer la stabilité du revêtement. La qualité et la composition ont été analysées par microscopie électronique à balayage (MEB), microscopie à force atomique (AFM), spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR), diffraction des rayons X (DRX), spectroscopie de photoélectrons X (XPS) et spectroscopie UV-Vis.

Les résultats indiquent une superhydrophobicité élevée, avec un angle de contact de l'eau d'environ 154° et un angle de glissement de 1,5°. La transmittance lumineuse atteint 96,2%, grâce au gradient d'indice de réfraction créé par les couches de silice, selon les auteurs. Les tests mécaniques démontrent une bonne durabilité face à l'abrasion, aux impacts de sable et aux impacts de gouttes d'eau. Le revêtement maintient ses performances lors d'une exposition en extérieur et présente une stabilité chimique satisfaisante en environnements neutres et acides.

Publication des travaux

L'étude est publiée dans la revue scientifique Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, sous le titre "Sol-gel preparation of transparent and superhydrophobic silica coatings for self-cleaning solar panels". Shanhu Liu en est l'auteur correspondant, Sudhagar Pitchaimuthu figurant parmi les co-auteurs. Les travaux portent sur la dégradation des performances des panneaux photovoltaïques liée à l'encrassement des surfaces, en proposant une alternative aux revêtements contenant des PFAS.