Современные солнечные батареи, к сожалению, не так долговечны, как того хотелось бы ученым: под воздействием ультрафиолетового излучения они постепенно разрушаются. Для их защиты обычно применяются разнообразные полимерные материалы, например, пленки из поливинилфторида (PVF) и полиэтилентерефталата (PET). Однако ученые ищут более экологичные альтернативы, и в качестве перспективного материала рассматривают наноцеллюлозу. Это нановолокна, полученные из целлюлозы, которые можно модифицировать для придания им защитных свойств.
Исследование, проведенное специалистами университетов Турку и Аалто в Финляндии и Университетом Вагенингена в Нидерландах, показало, что наноцеллюлоза, окрашенная экстрактом шелухи красного лука, обладает впечатляющей способностью блокировать УФ-излучение. Такая пленка задерживала 99,9% ультрафиолетовых лучей с длиной волны до 400 нанометров, что даже превосходило коммерческий фильтр из полиэтилентерефталата, выбранный в качестве эталона.
«Пленки из наноцеллюлозы, обработанные экстрактом красного лука, являются многообещающим вариантом биоразлагаемой защиты», — отметил автор работы Рустем Низамов из Университета Турку.
В рамках эксперимента ученые сравнили четыре типа наноцеллюлозных защитных пленок, обработанных различными соединениями: экстрактом красного лука, лигнином и ионами железа. Все три вещества ранее демонстрировали хорошие UV-блокирующие свойства, но именно пленка с экстрактом лука оказалась самой эффективной.
При этом важной задачей было не только блокирование ультрафиолетового излучения, но и сохранение прозрачности для видимого света. Солнечные батареи преобразуют в электричество излучение в диапазоне от 700 до 1200 нанометров, поэтому слишком темные пленки, в частности, обработанные лигнином, ограничивают их эффективность. Фильтр на основе экстракта луковой шелухи показал оптимальный баланс: он пропускал более 80% света в диапазоне 650−1100 нанометров и сохранял свою прозрачность на протяжении всего тестового периода.
Долговечность пленок проверяли, подвергая их воздействию искусственного освещения в течение 1000 часов, что эквивалентно примерно году солнечного облучения в климате Центральной Европы. При этом с помощью цифровой съемки фиксировались визуальные изменения, которые происходили с материалами. Таким образом выяснили, что со временем характеристики некоторых пленок ухудшались: например, фильтры с ионами железа изначально обладали хорошей прозрачностью, но затем значительно теряли ее.
Тестирование проводилось на сенсибилизированных красителем солнечных элементах, которые особенно уязвимы перед разрушительным действием ультрафиолета. Однако ученые уверены, что полученные результаты актуальны и для других типов солнечных батарей, включая перовскитные и органические фотоэлементы. Кроме того, биоразлагаемые UV-фильтры могут применяться в других сферах.
В перспективе исследователи надеются создать полностью биоразлагаемые солнечные батареи, которые можно использовать, например, в качестве источников питания для датчиков в упаковке продуктов.
Ранее российские ученые придумали, как экономить 2 млрд рублей в год на солнечных панелях.
