Přírodní řešení pro moderní technologii: slupky z cibule jako účinná ochrana solárních článků

Solární články jsou náchylné k degradaci způsobené UV zářením. Dosud solární průmysl spoléhal převážně na ochranu pomocí speciálních fólií na bázi ropy, jako je polyvinylfluorid (PVF) a polyethylentereftalát (PET). Inženýři proto hledají alternativy na biologické bázi, přičemž nanocelulóza patří mezi nejslibnější kandidáty. Nanocelulóza se vyrábí rozložením celulózy na vlákna o velikosti nanometrů, která lze poté různými způsoby upravovat, aby poskytovala ochranu před UV zářením.

Nedávná studie Univerzity v Turku, Aalto University ve Finsku a Univerzity Wageningen v Nizozemsku ukázala, že nanocelulóza obarvená extraktem z červené cibulové slupky poskytuje velmi účinnou ochranu proti UV záření: nanocelulózový film chránil před 99,9 procenty UV záření až do 400 nanometrů. Tím tento UV filtr na bázi cibule dokonce překonává účinnost komerčních UV filtrů na bázi PET, které byly ve studii vybrány jako jakýsi standard.

Slupky z červené cibule poskytují účinnou a dlouhotrvající ochranu

V rámci studie výzkumníci porovnávali trvanlivost a vlastnosti čtyř typů ochranných fólií z celulózových nanovláken. Nanocelulózové fólie byly ošetřeny extraktem z červených cibulí, ligninem a ionty železa – látkami, které byly v předchozích výzkumech označeny za účinné UV blokátory. Fólie ošetřená extraktem z červené cibule se ukázala jako nejúčinnější.

UV záření o vlnové délce pod 400 nanometrů je pro solární články škodlivé, zároveň je však důležitá propustnost pro viditelné a částečně infračervené světlo, zejména v rozmezí vlnových délek 700 až 1 200 nanometrů, protože solární články přeměňují tyto typy záření na elektřinu. Při vývoji materiálů na biologické bázi je proto často nutné najít kompromis mezi účinkem UV ochrany a propustností světla ve viditelném spektru. Například lignin, přírodní polymer známý svými schopnostmi absorbovat UV záření, má tmavě hnědou barvu. To omezuje jeho použití v průhledných fóliích.

Fólie ošetřená červeným barvivem z cibule se podle výzkumníků ukázala jako zajímavé řešení. Při delších vlnových délkách od 650 do 1 100 nanometrů vykazuje propustnost světla přes 80 procent. Navíc si fólie zachovala svůj výkon během dlouhého testovacího období. Trvanlivost a výkon filtrů byly testovány 1 000 hodin pod umělým světlem, což odpovídá přibližně jednomu roku slunečního světla venku ve středoevropském klimatu. Optické změny filtračních materiálů a solárních článků byly sledovány pomocí digitální fotografie.

Výzkumníci chtějí vyvinout plně biologicky rozložitelné solární články

„Studie zdůrazňuje význam dlouhodobých testů pro UV filtry, protože UV ochrana a propustnost světla ostatních filtrů na biologické bázi se časem výrazně změnily. Například filmy ošetřené ionty železa měly zpočátku dobrou propustnost světla, která se během stárnutí snížila,“ uvádí doktorand Rustem Nizamov z Univerzity v Turku.

UV filtry byly testovány na solárních článcích, které jsou hodně náchylné k opotřebení způsobenému UV zářením. Podle Nizamova jsou však výsledky relevantní také pro UV ochranu jiných typů solárních článků, včetně perovskitových solárních článků. Vizí výzkumníků je v budoucnu vyvinout typy solárních článků, které jsou plně biologicky rozložitelné a mohou být použity jako zdroje energie pro malé senzory, například na obalech potravin.

Zdroj: Výsledky výzkumné práce byly publikovány v odborném časopise ACS Applied Optical Materials.