Фінські дослідники з Університету Турку створили біоплівку на основі барвника з лушпиння червоної цибулі для захисту сонячних батарей від ультрафіолетового випромінювання.

Створена спільно з науковцями з Університету Аалто та Університету Вагенінгена, плівка не тільки повністю блокує ультрафіолет, а й перевершує за характеристиками комерційні захисні покриття на основі пластику. 

Ультрафіолетове випромінення руйнує чутливі компоненти, зокрема, електроліт у сенсибілізованих барвником сонячних елементах (DSSC), відомих своєю гнучкістю та ефективністю за слабкого освітлення. Для зменшення цього ефекту виробники обертають елементи плівками з пластику на основі нафтопродуктів, як поліетилентерефталат. З часом ці пластики руйнуються. Також, їх складно переробляти. 

У пошуках біоальтернативи фінські дослідники звернули увагу на наноцелюлозу — відновлюваний матеріал, який отримують з деревини. Її можна переробляти у тонкі прозорі плівки, що слугують ідеальним захистом для комірок сонячних батарей від ультрафіолету.

Науковці пофарбували плівки екстрактом з лушпиння та отримали фільтр, що блокує 99,9% ультрафіолетового випромінення із довжиною хвилі до 400 нм. У сонячних батареях ключовим є збереження видимого та ближнього інфрачервоного світла, оскільки саме ця частина спектра використовується для генерації електрики. Оброблений фільтр пропустив понад 80% світла в діапазоні 650-1100 нм. 

Фільтри витримували під штучним сонячним світлом протягом 1 тис. годин. Дослідники прикріпили їх до DSSC і спостерігали за деградацією плівки та розміщених під нею сонячних елементів. Втрата кольору, зокрема, пожовтіння або знебарвлення електроліту, свідчила про деградацію. 

Плівка CNF-ROE, що являє собою целюлозне волокно з екстрактом лушпиння червоної цибулі, лише незначно змінила колір і зберегла жовтий відтінок електроліту, набагато краще за будь-які інші фільтри. Прогнозне моделювання попередніх тенденцій деградації передбачало, що CNF-ROE здатна подовжити термін роботи сонячного елементу приблизно до 8,5 тис. годин. Водночас, фільтри на основі пластиків забезпечують роботу сонячного елементу усього упродовж 1,5 тис. годин. 

Дослідники також випробували інші види біофільтрів. Один з них містив іони заліза, другий — наночастинки лігнину (побічного продукту промислового виробництва паперу). Обидва фільтри продемонстрували багатонадійні результати на ранніх стадіях випробувань, однак вони більш стрімко руйнувались під впливом ультрафіолету. Зокрема, плівки, оброблені залізом (TOCNF-Fe³⁺), спочатку демонстрували непоганий захист, але згодом їхні властивості помітно втрачалися.

Своєю чергою, біоплівка CNF-ROE продемонструвала рідкісне поєднання довговічності, прозорості та стійкості. Частково це пов’язано з пігментними молекулами антоціанами, які надають червоній цибулі насиченого кольору та поглинають ультрафіолет. Окрім цього у шкірці червоної цибулі також містяться флавонолглікозиди та фенольні кислоти, які можуть сприяти додатковій стабільності.

Тепер фінські науковці планують використати біорозкладані сонячні елементи у  поєднанні з дистанційними датчиками або пристроями, що носяться, особливо, якщо відновлення або подальше перероблення таких пристроїв є недоцільними. З поширенням сонячних панелей попит на екологічні та довговічні матеріали лише зростатиме. Наразі більшість комерційних сонячних модулів, як і раніше, використовують захисні плівки на основі пластиків. 

Навіть новітні сонячні технології, такі як перовскітні елементи, залишаються вкрай чутливими до ультрафіолетового випромінювання і гостро потребують ефективніших бар’єрів. Саме тут біорозкладаний матеріал, що перевершує наявні стандарти та виготовлений фактично з харчових відходів, може зробити тиху революцію.

Результати представлені у журналі Applied Optical Materials

Джерело: ZMEScience