纳米纤维素薄膜：超越石油基紫外线过滤器的太阳能电池新选择

来自 实验室仪器网

研究人员研究了利用生物基材料生产太阳能电池高效紫外线防护膜的方法。这项研究首次比较了各种生物基紫外线过滤剂性能的长期变化。

石油基薄膜，例如聚氟乙烯（PVF）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），通常用于保护太阳能电池免受紫外线引起的降解。材料工程研究的重点是寻找包括纳米纤维素在内的生物基替代品来取代石油基聚合物。纳米纤维素是通过将纤维素分解成小纤维而产生的，然后可以通过各种方式对其进行处理以提供紫外线防护。

最近的一项研究发现，用红洋葱皮提取物着色的纳米纤维素具有出色的紫外线防护效果。纳米纤维素薄膜可阻挡高达400nm的99.9%的紫外线辐射，优于研究中用作行业标准的商用PET基紫外线过滤器。

该研究检查了四种不同的纤维素纳米纤维保护膜的性能和耐久性。纳米纤维素薄膜上涂有红洋葱提取物、木质素和铁离子，这些物质在之前的研究中都表现出有效的紫外线阻隔性能。研究发现，涂有红洋葱提取物的薄膜在阻挡紫外线方面最有效。

紫外线（低于400nm）会损坏太阳能电池，但可见光和部分红外光（特别是700至1,200nm之间的光）的传输至关重要，因为太阳能电池利用这些光来发电。

在开发生物基材料时，通常会在紫外线防护和可见光透射之间进行权衡。例如，木质素是一种具有紫外线吸收特性的天然聚合物，但颜色为深棕色，这限制了其在透明薄膜中的使用。

涂有红洋葱染料的薄膜在较长波长（650-1,100nm）下表现出超过80%的透光率，这使其成为一种有前途的选择。该薄膜在延长的测试期内也继续保持有效性能。

在人造光下对滤光片的性能和耐用性进行了1,000小时的测试，这相当于欧洲中部气候条件下户外阳光照射一年的时间。使用数码摄影跟踪太阳能电池和滤光材料的视觉变化。

该研究强调了对紫外线过滤剂进行长期测试的重要性，因为其他生物基过滤剂的紫外线防护和透光率会随着时间的推移发生显著变化。例如，用铁离子处理的薄膜具有良好的初始透光率，但老化后会降低。

染料敏化太阳能电池用于测试紫外线滤光膜，因为它们特别容易受到紫外线引起的损坏。这些结果也适用于其他类型太阳能电池的紫外线防护，包括钙钛矿和有机光伏电池，以及任何使用生物基紫外线过滤器至关重要的应用。

该研究旨在开发可生物降解的太阳能电池类型，可用作食品包装中的传感器等应用的电源。林业对开发新的高档产品很感兴趣。在电子领域，这些产品也可能是太阳能电池的组件。

太阳能材料与系统(SEMS)研究小组正在研究如何将太阳能和系统整合到更广泛的能源网络中。

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