Финские исследователи из Университета Турку создали биопленку на основе красителя из шелухи красного лука для защиты солнечных батарей от ультрафиолетового излучения.
Отмечается, что созданная совместно с учеными из Университета Аалто и Университета Вагенингена защитная биопленка на основе красителя из шелухи красного лука не только полностью блокирует ультрафиолет, но и превосходит по характеристикам коммерческие пленки на основе пластика. Ключевым ингредиентом является водный экстракт из шелухи красного лука.
«Наноцеллюлозные пленки, обработанные красителем красного лука, являются перспективным вариантом в тех случаях, когда защитный материал должен быть на биологической основе», — отмечает научный сотрудник из Университета Турку Рустем Низамов.
С одной стороны ячейки в солнечных панелях превращают солнечный свет в электричество. Однако ультрафиолет разрушает чувствительные компоненты, среди прочего, электролит в сенсибилизированных красителем солнечных элементах (DSSC), известных своей гибкостью и эффективностью при слабом освещении. Для снижения этого эффекта производители преимущественно оборачивают элементы пленками из пластика на основе нефтепродуктов, в частности, полиэтилентерефталатом. Со временем эти пластики разрушаются. К тому же, их сложно перерабатывать.
В поисках биоальтернативы финские исследователи обратили внимание на наноцеллюлозу — возобновляемый материал, который получают из древесины. Ее можно перерабатывать в тонкие прозрачные пленки, которые идеально защищают ячейки солнечных батарей от ультрафиолета.
Ученые окрасили эти пленки экстрактом из шелухи красного лука. Таким образом им удалось получить фильтр, который блокирует 99,9% ультрафиолетового излучения с длиной волны до 400 нм.
В солнечных батареях ключевым является сохранение видимого и ближнего инфракрасного света, поскольку именно эта часть спектра используется для генерации электричества. Фильтр, обработанный экстрактом на основе шелухи красного лука, пропустил более 80% света в диапазоне 650-1100 нм.
Исследователи подвергли созданные фильтры жестким испытаниям. Они держали их под искусственным солнечным светом в течение 1 тыс. часов. Они прикрепили фильтры к DSSC и наблюдали за деградацией пленки и размещенных под ней солнечных элементов. Потеря цвета, в частности, пожелтение или обесцвечивание электролита, свидетельствует о деградации основного химического состава солнечного элемента.
«Исследование подчеркивает важность долгосрочных испытаний УФ-фильтров, поскольку УФ-защита и светопропускание других биофильтров значительно меняются со временем. Например, пленки, обработанные ионами железа, имели хорошую начальную светопроницаемость, которая снижалась со временем», — объясняет Рустем Низамов.
Пленка CNF-ROE, представляющая собой целлюлозное волокно с экстрактом шелухи красного лука, лишь незначительно изменила цвет и сохранила желтый оттенок электролита, гораздо лучше любых других фильтров. Прогнозное моделирование, основанное на предыдущих тенденциях деградации, предполагало, что CNF-ROE способна продлить срок работы солнечного элемента примерно до 8,5 тыс. часов. В то же время, фильтры на основе пластиков обеспечивают работу солнечного элемента всего в течение 1,5 тыс. часов.
Исследователи также испытали и другие виды биофильтров. Один из них содержал ионы железа, второй — наночастицы лигнина — побочного продукта промышленного производства бумаги. Оба фильтра продемонстрировали многообещающие результаты на ранних стадиях испытаний, однако они более стремительно разрушались под воздействием ультрафиолета. В частности, пленки, обработанные железом (TOCNF-Fe³⁺), сначала демонстрировали неплохую защиту от ультрафиолета, но со временем их пропускание и структурная целостность заметно снизились.
В то же время, биопленка CNF-ROE продемонстрировала редкое сочетание долговечности, прозрачности и устойчивости. Частично это связано с пигментными молекулами антоцианами, которые придают красному луку насыщенный цвет и поглощают ультрафиолет. Кроме этого в кожуре красного лука также содержатся флавонолгликозиды и фенольные кислоты, которые могут способствовать дополнительной стабильности.
Теперь финские ученые планируют использовать биоразлагаемые солнечные элементы, соединив их с дистанционными датчиками или носимыми устройствами, особенно, если восстановление или дальнейшая переработка таких устройств нецелесообразна. По мере распространения солнечных панелей спрос на экологичные и долговечные материалы будет только расти. В настоящее время большинство коммерческих солнечных модулей по-прежнему используют защитные пленки на основе пластиков.
Даже новейшие солнечные технологии, такие как перовскитные элементы, остаются крайне чувствительными к ультрафиолетовому излучению и остро нуждаются в более эффективных барьерах. Именно здесь биоразлагаемый материал, превосходящий существующие стандарты и изготовленный из того, что в противном случае было бы пищевыми отходами, может произвести тихую революцию.
Результаты представлены в журнале Applied Optical Materials
Источник: ZMEScience
Сообщить об опечатке
Текст, который будет отправлен нашим редакторам: