研究人员调查了如何利用生物基材料生产有效的太阳能电池紫外线保护膜。这项研究是首个比较不同生物基紫外线过滤器的特性如何随时间变化的研究。
芬兰图尔库大学的研究人员调查了如何利用生物基材料生产有效的太阳能电池紫外线保护膜。这项研究是首个比较不同生物基紫外线过滤器的特性如何随时间变化的研究。
太阳能电池容易受到紫外线诱导的降解，通常通过石油基膜进行保护，例如聚氟乙烯（PVF）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）制成的膜。
材料工程的研究旨在从生物基材料中寻找替代石油基塑料的材料，其中一种就是纳米纤维素。纳米纤维素是通过将纤维素分解成纳米级纤维制成的，这些纤维可以以不同方式处理，以获得紫外线保护。
芬兰图尔库大学、阿尔托大学和荷兰瓦赫宁根大学的最新研究发现，染有红洋葱皮提取物的纳米纤维素提供了非常有效的紫外线保护。这种纳米纤维素膜能阻挡高达99.9%的400纳米以下的紫外线辐射。这个紫外线过滤器的效果甚至超越了商用的基于PET的紫外线过滤器，后者在研究中被选为市场标准。
“用红洋葱染料处理的纳米纤维素膜在需要生物基保护材料的应用中是一个很有前景的选择，”来自图尔库大学的博士研究员Rustem Nizamov说。
该研究比较了四种由纤维素纳米纤维制成的保护膜的耐用性和特性。这些纳米纤维素膜分别用红洋葱提取物、木质素和铁离子处理，前期研究发现它们都具有良好的紫外线阻隔能力。用红洋葱提取物处理的膜在阻挡紫外线辐射方面表现得最为高效。
保持可见光的透射
紫外线辐射（低于400纳米）对太阳能电池有害，但可见光和部分红外光（尤其是700-1,200纳米之间）的透射是重要的，因为太阳能电池将这些辐射转化为电能。
开发生物基材料通常涉及紫外线保护和可见区域光透射之间的权衡。例如，木质素是一种以其紫外线吸收特性而闻名的天然聚合物，具有深棕色，这限制了其在透明膜中的使用。
用红洋葱染料处理的膜证明是一个有趣的解决方案，在较长波长（650-1,100纳米）下透光率超过80%。该膜在整个长时间测试期间保持了其性能。
过滤器的耐用性和性能在人工光下进行了1,000小时的测试，相当于中欧气候下开放空气中约一年的阳光。通过数字摄影监测了过滤材料和太阳能电池的视觉变化。
“这项研究强调了对紫外线过滤器进行长期测试的重要性，因为其他生物基过滤器的紫外线保护和光透射随时间而发生显著变化。例如，铁离子处理的膜在初始透射率良好，但在老化后降低，”Nizamov说。
紫外线过滤膜在染料敏化太阳能电池上进行了测试，因为它们对紫外线辐射诱导的磨损特别脆弱。
“这些结果同样适用于其他类型太阳能电池的紫外线保护，包括钙钛矿和有机光伏，以及任何必须使用生物基紫外线过滤器的应用，”Nizamov说。
未来，研究人员的愿景是开发可生物降解的太阳能电池类型，可以用于传感器等的电源，例如在食品包装中。
“森林工业对开发新的高档产品感兴趣。在电子领域，这些也可能是太阳能电池的组件，”材料工程教授Kati Miettunen说。
图尔库大学的太阳能材料与系统（SEMS）研究小组正在研究将太阳能和太阳能系统集成到能源系统中的方法。这项研究是芬兰研究委员会资助的BioEST项目的一部分。
