Rénover facilement les façades et les panneaux solaires avec du verre ultra-fin

Le nettoyage des façades vitrées et des installations solaires est coûteux et prend du temps. La saleté réduit le rendement des modules solaires. Cependant, l’Institut Fraunhofer pour l’électronique organique, la technologie des faisceaux d’électrons et du plasma (FEP) a maintenant réussi à appliquer de l’oxyde de titane cristallin sur du verre ultra-mince à l’aide d’un procédé roll-to-roll, obtenant ainsi des surfaces hydrophobes qui deviennent superhydrophiles sous la lumière UV.

Les premiers résultats de cette vitrine de certaines des installations de mise à l’échelle en libre accès de NewSkin seront présentés sur le stand commun de Fraunhofer, n° C2-528, lors du BAU 2023, du 17 au 22 avril, à Munich, en Allemagne.

En 2021, le photovoltaïque couvrait 8,9 % de la consommation brute d’électricité en Allemagne avec une production d’électricité de 50 TWh. Ce pourcentage doit augmenter pour atteindre une transition énergétique durable. Les surfaces anti-salissures et faciles à nettoyer garantissent la transparence et la propreté des façades, ainsi qu’une production d’énergie plus efficace et cohérente pour l’énergie solaire, avec des coûts de maintenance réduits.

“Nous nous concentrons ici sur l’hydrophilie photoinduite des surfaces”, explique l’étudiant diplômé Valentin Heiser de la FEP. “Pour améliorer cet effet, nous appliquons pour la première fois de l’oxyde de titane cristallin sur du verre ultra-mince dans un procédé roll-to-roll. C’est très efficace. Le verre ultra-mince et léger peut être appliqué ultérieurement sur des façades ou directement incorporé dans des modules solaires comme un matériau composite, et même sur des surfaces courbes.”

Le dioxyde de titane change son caractère hydrophile, c’est-à-dire son caractère hydrofuge, lorsqu’il est exposé à un rayonnement UV (par exemple, activation par la lumière du soleil). Non irradié, il est hydrophobe, c’est-à-dire qu’il forme des gouttelettes d’eau. Après irradiation, il est superhydrophile, ou complètement humidifié. Dans le cas de l’hydrophilie photoinduite, la surface passe d’hydrophobe à superhydrophile après environ 30 minutes d’irradiation avec une lumière UV semblable au soleil.

Sur les surfaces avec ce revêtement de dioxyde de titane, aucune ou très peu de saleté ne peut se déposer. Par exemple, si de la poussière de circulation, du sable ou d’autres saletés se déposent sur des façades en verre ou des panneaux solaires, ils sont lessivés par l’hydrophobicité nocturne de la surface via le perlage des gouttes de pluie. De plus, l’alternance cyclique des propriétés hydrophobes et superhydrophiles fait que la saleté n’adhère pas à la surface pendant la journée.

L’oxyde de titane activé par la lumière UV décompose également les molécules organiques à la surface par photocatalyse. Cela produit des surfaces antibactériennes et stériles qui sont particulièrement intéressantes dans la technologie médicale ou en relation avec des écrans flexibles.

Les chercheurs de Fraunhofer FEP ont maintenant développé les premiers revêtements : Plus précisément, un rouleau de verre fin de 30 cm de large et 20 m de long, avec une épaisseur de verre de 100 micromètres, a été recouvert de 30 à 150 nanomètres d’oxyde de titane dans un rouleau -Système à rouler. Cette usine pilote de revêtement roll-to-roll de verre mince (FOSA LabX 330 Glass de VON ARDENNE) est située à Fraunhofer FEP.

Un défi pour ce projet de vitrine est que le verre mince est un tout nouveau substrat avec des exigences de manipulation importantes, car il se brise très facilement et réagit de manière sensible aux contraintes thermiques et mécaniques. Deuxièmement, le dioxyde de titane n’atteint ses propriétés particulières d’hydrophobicité et d’hydrophilie que lorsqu’il est cristallin. Pour cela, il nécessite des températures élevées lors de la production. Les revêtements par pulvérisation avec ces exigences ne pouvaient pas être mis en œuvre dans la technologie rouleau à rouleau jusqu’à présent car les substrats courants, tels que les films, ne pouvaient pas résister aux températures élevées. C’est là que le verre mince offre une alternative.

Grâce à ce travail par l’intermédiaire de NewSkin, les scientifiques de Fraunhofer FEP travaillent maintenant à combiner les propriétés du dioxyde de titane et du verre fin de manière optimale et rentable afin de mettre sur le marché des produits innovants en collaboration avec l’industrie. Des chercheurs de l’Université d’Uppsala, partenaire de NewSkin, travaillent à transférer les résultats même sur des films polymères.

À l’avenir, Fraunhofer FEP travaillera également sur des systèmes de couches qui peuvent être activés non seulement avec de la lumière UV mais aussi avec de la lumière visible. La production et l’incrustation de nanoparticules ou le dopage à l’azote, par exemple, sont également envisagés.

Fourni par l’Institut Fraunhofer pour l’électronique organique, la technologie des faisceaux d’électrons et du plasma