在芬蘭圖爾庫(kù)的一個(gè)實(shí)驗(yàn)室里，科學(xué)家們?cè)诳沙掷m(xù)太陽(yáng)能研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)紅洋蔥的紙質(zhì)紅色外皮是開(kāi)發(fā)高性能生物基紫外線防護(hù)膜的關(guān)鍵材料。
圖爾庫(kù)大學(xué)研究人員與阿爾托大學(xué)、瓦赫寧根大學(xué)合作，開(kāi)發(fā)出一種用于太陽(yáng)能電池的生物基紫外線防護(hù)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(guān)鍵成分是從紅洋蔥皮中提取的水提取物。圖爾庫(kù)大學(xué)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(hù)材料的應(yīng)用中是很有前途的選擇。
太陽(yáng)能電池將光能轉(zhuǎn)化為電能，但陽(yáng)光會(huì)使其精密組件性能下降，尤其是染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSC)內(nèi)部的電解質(zhì)。為緩解此問(wèn)題，制造商通常用石油基塑料(如聚對(duì)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(huì)隨時(shí)間降解且難以回收。
為尋求更環(huán)保替代方案，研究團(tuán)隊(duì)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(jiàn)廚余垃圾)中提取的染料對(duì)薄膜染色，制成能阻擋99.9%波長(zhǎng)至400納米紫外線的過(guò)濾器，性能超過(guò)用于對(duì)比的PET基商用過(guò)濾器。
在太陽(yáng)能電池中，保留可見(jiàn)光和近紅外光至關(guān)重要，這部分光譜為發(fā)電提供動(dòng)力。洋蔥處理的濾光片允許650至1100納米范圍內(nèi)超過(guò)80%的光線通過(guò)，這是能量吸收的理想范圍。
研究團(tuán)隊(duì)對(duì)濾光片進(jìn)行了嚴(yán)格測(cè)試：將其應(yīng)用于DSSC，進(jìn)行1000小時(shí)的人造陽(yáng)光照射，相當(dāng)于在中歐地區(qū)戶外使用約一年，并監(jiān)測(cè)薄膜和太陽(yáng)能電池的降解情況。結(jié)果顯示，CNF - ROE薄膜(纖維素納米纖維與紅洋蔥提取物的簡(jiǎn)稱)表現(xiàn)出色，僅輕微變色，且比其他過(guò)濾器更能保持電解質(zhì)黃色�；谠缙诮到廒厔�(shì)的預(yù)測(cè)模型表明，CNF - ROE過(guò)濾器可將太陽(yáng)能電池使用壽命延長(zhǎng)至約8500小時(shí)，而PET基過(guò)濾器只有1500小時(shí)。
研究人員還測(cè)試了另外三種生物基過(guò)濾器：含鐵離子的和用木質(zhì)素納米顆粒(造紙工業(yè)副產(chǎn)品)制成的。雖早期測(cè)試表現(xiàn)良好，但紫外線下降解更快，特別是用鐵處理過(guò)的薄膜，起初紫外線阻隔效果不錯(cuò)，但隨時(shí)間推移透光率和結(jié)構(gòu)完整性明顯下降。相比之下，紅洋蔥提取物將長(zhǎng)壽、透明和可持續(xù)性完美結(jié)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(qiáng)穩(wěn)定性)。
該團(tuán)隊(duì)設(shè)想將可生物降解的太陽(yáng)能電池用于智能包裝、遠(yuǎn)程傳感器或可穿戴設(shè)備，特別是在無(wú)法回收和再利用的應(yīng)用中。此項(xiàng)工作是芬蘭研究理事會(huì)資助的BioEST項(xiàng)目的一部分，該項(xiàng)目支持電子和材料科學(xué)領(lǐng)域的可持續(xù)創(chuàng)新。
這一成果推動(dòng)了使太陽(yáng)能生產(chǎn)各環(huán)節(jié)脫碳的更廣泛運(yùn)動(dòng)。塑料包裝是清潔技術(shù)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(yáng)能電池板普及，對(duì)可持續(xù)、耐用材料的需求將增長(zhǎng)。目前，大多數(shù)商用太陽(yáng)能電池組件仍依賴石油基保護(hù)膜，即使是較新的太陽(yáng)能技術(shù)如鈣鈦礦電池，也對(duì)紫外線高度敏感，迫切需要更好的防護(hù)措施。
該研究成果發(fā)表在《應(yīng)用光學(xué)材料》雜志上。
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