Как лук делает солнечную энергетику более устойчивой?

Солнечные панели, что является ключевым элементом возобновляемой энергетики, имеют существенный недостаток – они со временем разрушаются под действием ультрафиолетового излучения. Для их защиты традиционно используют специальные пленки, изготовленные из материалов на основе нефти, таких как поливинилфторид (PVF) и полиэтилентерефталат (PET). Хотя эти материалы эффективны, их производство и утилизация наносят вред окружающей среде. Поэтому ученые активно ищут более устойчивые, биологические альтернативы. Одним из самых перспективных кандидатов на замену стала наноцеллюлоза – материал, который получают из растительного сырья путем расщепления целлюлозы до нановолокон, пишет 24 Канал со ссылкой на ACS Applied Optical Materials.

Смотрите также Эта черепица настолько замечательная, что вы никогда не узнали бы в ней солнечные панели для крыши

Недавнее исследование, проведенное командой ученых из Университета Турку в Финляндии, продемонстрировало, что сочетание наноцеллюлозы с красителем из кожуры красного лука обеспечивает чрезвычайно эффективную защиту от УФ-лучей.

Созданная пленка показала впечатляющие результаты, устранив 99,9% ультрафиолетового излучения на длине волны до 400 нанометров. Важно, что по своим характеристикам этот биоматериал превзошел коммерческий УФ-фильтр на основе PET, который сейчас доступен на рынке. По словам ученых, это открывает путь к созданию защитных материалов полностью биологического происхождения.

Ключевая проблема в функционировании солнечных элементов заключается в необходимости найти баланс. С одной стороны, УФ-излучение с длиной волны менее 400 нанометров является вредным для них, но с другой стороны, для преобразования солнечного света в электроэнергию элемент должен пропускать свет в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах (от 700 до 1200 нанометров). Поэтому разработка материала, который одновременно защищает и способствует поглощению энергии, является приоритетной задачей.

В ходе исследования ученые сравнили долговечность нескольких типов защитных пленок на основе наноцеллюлозы. Их обрабатывали экстрактом красного лука, лигнином (полимер, содержащийся в стенках некоторых растительных клеток) и ионами железа. Хотя все варианты обеспечивали определенную защиту от УФ, пленка с луковым красителем оказалась наиболее эффективной. Например, лигнин имеет темно-коричневый цвет, что ограничивает его использование в прозрачных пленках. Коэффициент пропускания света пленок с лигнином составляет около 50% в диапазоне 400-600 нанометров и не более 85% при длине волны более 600 нанометров.

В отличие от этого, пленка из наноцеллюлозы, обработанная экстрактом красного лука, продемонстрировала более 80% пропускания света на более длинных волнах (от 650 до 1100 нанометров).

Тестирование

Чтобы проверить долговечность и эффективность фильтров, их подвергали воздействию искусственного света в течение 1000 часов, что эквивалентно примерно году солнечного света в условиях Центральной Европы. Этот длительный тест показал, что УФ-защита и светопроницаемость других биофильтров со временем значительно менялись.

  • Например, пленки, обработанные ионами железа, имели хорошие начальные показатели, но после длительного испытания их эффективность снизилась.
  • Фильтр на основе лука сохранил свои высокие показатели на протяжении всего периода тестирования.

Что дальше?

Это исследование имеет большое значение для широкого спектра солнечных элементов, в частности для перовскитных и органических фотоэлементов. Кроме того, такая технология может найти применение и в других отраслях, где необходимо использование биоразлагаемых фильтров. Например, в пищевой упаковке, где биоразлагаемые солнечные элементы могли бы служить источниками питания для датчиков в стерильной среде.