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 служат идеальной основой для смесей, защищающих 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: