在芬蘭圖爾庫的一個實驗室里，科學家們在可持續(xù)太陽能研究領域取得新進展，發(fā)現(xiàn)紅洋蔥的紙質紅色外皮是開發(fā)高性能生物基紫外線防護膜的關鍵材料。
圖爾庫大學研究人員與阿爾托大學、瓦赫寧根大學合作，開發(fā)出一種用于太陽能電池的生物基紫外線防護膜。該膜不僅能阻擋幾乎所有有害紫外線，性能還優(yōu)于市售塑料薄膜，其關鍵成分是從紅洋蔥皮中提取的水提取物。圖爾庫大學博士研究員Rustem Nizamov稱，用紅洋蔥染料處理的納米纖維素薄膜，在需要生物基保護材料的應用中是很有前途的選擇。
太陽能電池將光能轉化為電能，但陽光會使其精密組件性能下降，尤其是染料敏化太陽能電池(DSSC)內部的電解質。為緩解此問題，制造商通常用石油基塑料(如聚對苯二甲酸乙二醇酯，PET)制成的防紫外線薄膜包裹電池，但這些塑料會隨時間降解且難以回收。
為尋求更環(huán)保替代方案，研究團隊將目光投向納米纖維素，這是一種源自木漿的可再生材料，可加工成透明薄膜，作為紫外線阻隔化合物的理想基材。他們用從紅洋蔥皮(常見廚余垃圾)中提取的染料對薄膜染色，制成能阻擋99.9%波長至400納米紫外線的過濾器，性能超過用于對比的PET基商用過濾器。
在太陽能電池中，保留可見光和近紅外光至關重要，這部分光譜為發(fā)電提供動力。洋蔥處理的濾光片允許650至1100納米范圍內超過80%的光線通過，這是能量吸收的理想范圍。
研究團隊對濾光片進行了嚴格測試：將其應用于DSSC，進行1000小時的人造陽光照射，相當于在中歐地區(qū)戶外使用約一年，并監(jiān)測薄膜和太陽能電池的降解情況。結果顯示，CNF - ROE薄膜(纖維素納米纖維與紅洋蔥提取物的簡稱)表現(xiàn)出色，僅輕微變色，且比其他過濾器更能保持電解質黃色�；谠缙诮到廒厔莸念A測模型表明，CNF - ROE過濾器可將太陽能電池使用壽命延長至約8500小時，而PET基過濾器只有1500小時。
研究人員還測試了另外三種生物基過濾器：含鐵離子的和用木質素納米顆粒(造紙工業(yè)副產品)制成的。雖早期測試表現(xiàn)良好，但紫外線下降解更快，特別是用鐵處理過的薄膜，起初紫外線阻隔效果不錯，但隨時間推移透光率和結構完整性明顯下降。相比之下，紅洋蔥提取物將長壽、透明和可持續(xù)性完美結合，這歸功于花青素(賦予紅洋蔥深色光澤，能吸收紫外線)以及黃酮醇糖苷和酚酸(可能有助于增強穩(wěn)定性)。
該團隊設想將可生物降解的太陽能電池用于智能包裝、遠程傳感器或可穿戴設備，特別是在無法回收和再利用的應用中。此項工作是芬蘭研究理事會資助的BioEST項目的一部分，該項目支持電子和材料科學領域的可持續(xù)創(chuàng)新。
這一成果推動了使太陽能生產各環(huán)節(jié)脫碳的更廣泛運動。塑料包裝是清潔技術中被忽視的排放源之一，用可生物降解替代品取代化石基塑料有助于形成循環(huán)。隨著太陽能電池板普及，對可持續(xù)、耐用材料的需求將增長。目前，大多數(shù)商用太陽能電池組件仍依賴石油基保護膜，即使是較新的太陽能技術如鈣鈦礦電池，也對紫外線高度敏感，迫切需要更好的防護措施。
該研究成果發(fā)表在《應用光學材料》雜志上。
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