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

Зазначається, що створена спільно з науковцями з Університету Аалто та Університету Вагенінгена захисна біоплівка на основі барвника з лушпиння червоної цибулі не тільки повністю блокує ультрафіолет, а й перевершує за характеристиками комерційні плівки на основі пластику. Ключовим інгредієнтом є водний екстракт із лушпиння червоної цибулі.

З одного боку осередки у сонячних панелях перетворюють сонячне світло на електрику. Однак ультрафіолет руйнує чутливі компоненти, серед іншого, електроліт у сенсибілізованих барвником сонячних елементах (DSSC), відомих своєю гнучкістю та ефективністю при слабкому освітленні. Для зниження цього ефекту виробники переважно обертають елементи плівками з пластику на основі нафтопродуктів, зокрема, поліетилентерефталатом. З часом ці пластики руйнуються. До того ж, 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 ідеальною основою для сумішей, які захищають осередки сонячних батарей від ультрафіолету.

Науковці пофарбували ці плівки екстрактом з лушпиння червоної цибулі. Таким чином їм вдалось отримати фільтр, який блокує 99,9% ультрафіолетового випромінювання із довжиною хвилі до 400 нм. 

У сонячних батареях ключовим є збереження видимого та ближнього інфрачервого світла, оскільки саме ця частина спектру використовується для генерації електрики. Фільтр, оброблений екстрактом на основі лушпиння червоної цибулі, пропустив понад 80% світла в діапазоні 650-1100 нм. 

Дослідники піддали створені фільтри жорстким випробуванням. Вони тримали їх під штучним сонячним світлом протягом 1 тис. годин. Вони прикріпили фільтри до DSSC і спостерігали за деградацією плівки і розміщених під нею сонячних елементів. Втрата кольору, зокрема, пожовтіння або знебарвлення електроліту, свідчить про деградацію основного хімічного складу сонячного елемента. 

Плівка CNF-ROE, що являє собою целюлозне волокно з екстрактом лушпиння червоної цибулі, лише незначно змінила колір і зберігла жовтий відтінок електроліту, набагато краще за будь-які інші фільтри. Прогнозне моделювання, що базувалось на попередніх тенденціях деградації, передбачало, що CNF-ROE здатна подовжити термін роботи сонячного елементу приблизно до 8,5 тис. годин. У той же час, 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 багатообіцяючі результати на ранніх стадіях випробувань, однак вони більш стрімко руйнувались під впливом ультрафіолету. Зокрема, плівки, оброблені залізом (TOCNF-Fe³⁺), спочатку демонстрували непоганий захист від ультрафіолету, але згодом їх пропускання та структурна цілісність помітно знизилися.

У той же час, 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, поєднавши їх з дистанційними датчиками або пристроями, що носяться, особливо, якщо відновлення або подальша переробка таких пристроїв є недоцільними. У міру поширення сонячних панелей попит на екологічні та довговічні матеріали лише зростатиме. В даний час 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 існуючі стандарти і виготовлений з того, що в іншому випадку було б харчовими відходами, може зробити тиху революцію.

Результати представлені у журналі Applied Optical Materials

Джерело: ZMEScience