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新型洋蔥皮生物降解薄膜可延長太陽能電池板使用壽命

文章來源：新能源網(wǎng) 更新時間：2025-09-23 15:47:01

芬蘭科學(xué)家最近開發(fā)出一種新型生物基材料，有望延長太陽能電池的使用壽命，并降低對石油基塑料的依賴。由圖爾庫大學(xué)牽頭，與阿爾托大學(xué)及瓦赫寧根大學(xué)協(xié)作的團隊，證實了摻入紅洋蔥皮提取物的納米纖維素薄膜在紫外防護方面優(yōu)于傳統(tǒng)的聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）保護膜。

太陽能電池在暴露于紫外線輻射后會逐漸劣化，損傷如染料敏化電池中的電解質(zhì)層。為此，制造商通常采用如聚氟乙烯（PVF）或PET等聚合物涂層進行防護，但這些材料均來源于化石燃料，不易降解。此次研究目標，是探索可再生、以纖維素為基礎(chǔ)的材料能否實現(xiàn)同等防護效果。

研究團隊選用納米纖維素作為基礎(chǔ)，通過提取納米級纖維制成薄膜，并以天然紫外吸收劑（包括木質(zhì)素、鐵離子及紅洋蔥皮提取物）進行處理。三者此前均有阻隔紫外線的潛力，但本研究首次進行了長時間系統(tǒng)比較。

結(jié)果顯示，摻入紅洋蔥皮提取物的薄膜效果最佳。測試表明，該膜能阻擋99.9%的400納米以下紫外線，同時在650至1100納米波段保留超過80%的透光率，而維持可見光及近紅外光的高透過性，對太陽能發(fā)電至關(guān)重要。

研究人員將染料敏化太陽能電池置于膜下，進行了1000小時人工太陽照射（約等同中歐戶外一年日照），并持續(xù)觀察膜及電池的性能和外觀。結(jié)果，紅洋蔥皮薄膜僅出現(xiàn)輕微變色，光學(xué)性能基本保持，始終有效保護電池。相比之下，鐵離子處理的膜在初期雖可良好透光，但隨后快速退化；木質(zhì)素膜雖阻紫外能力強，卻因本身顏色較深，顯著影響可見光透過率。

圖爾庫大學(xué)的博士研究員Rustem Nizamov表示，長期測試揭示了各種生物基膜在穩(wěn)定性上的重大差異，“本研究強調(diào)了紫外濾光片長期測試的重要性，其他生物基濾光片在紫外防護和透光率方面隨時間變化明顯。”

研究主要以染料敏化太陽能電池為對象，這類電池對紫外降解尤其敏感。團隊指出，該成果適用于鈣鈦礦及有機光伏技術(shù)，這些前沿太陽能電池同樣需要可靠的紫外保護，現(xiàn)階段多依賴不可降解塑料。利用植物廢料（如洋蔥皮）制成的保護膜，不僅經(jīng)久耐用，還具備可持續(xù)性優(yōu)勢。

這項研究是芬蘭森林與材料工業(yè)推動“從自然資源開發(fā)增值產(chǎn)品”的舉措之一。圖爾庫大學(xué)材料工程教授Kati Miettunen指出，森林工業(yè)期望開發(fā)新的高附加值產(chǎn)品，在電子領(lǐng)域如太陽能電池等，也有望成為關(guān)鍵組件。

團隊展望，未來這一全可降解材料可用于那些回收不可行的產(chǎn)品，比如一次性傳感器或智能包裝。將石油基保護層替換為以天然色素增強的納米纖維素，既推動太陽能技術(shù)可持續(xù)發(fā)展，也助力應(yīng)用場景不斷拓展。

該研究由芬蘭研究委員會資助的BioEST項目支持，成果已發(fā)表在《ACS Applied Optical Materials》期刊上。

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