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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：新能源網更新時間：2025-09-23 15:47:01

芬蘭科學家最近開發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。由圖爾庫大學牽頭，與阿爾托大學及瓦赫寧根大學協作的團隊，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于傳統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、以纖維素為基礎的材料能否實現同等防護效果。

研究團隊選用納米纖維素作為基礎，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比較。

結果顯示，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，對太陽能發電至關重要。

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），并持續觀察膜及電池的性能和外觀。結果，紅洋蔥皮薄膜僅出現輕微變色，光學性能基本保持，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定性上的重大差異，“本研究強調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，這些前沿太陽能電池同樣需要可靠的紫外保護，現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，不僅經久耐用，還具備可持續性優勢。

這項研究是芬蘭森林與材料工業推動“從自然資源開發增值產品”的舉措之一。圖爾庫大學材料工程教授Kati Miettunen指出，森林工業期望開發新的高附加值產品，在電子領域如太陽能電池等，也有望成為關鍵組件。

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，既推動太陽能技術可持續發展，也助力應用場景不斷拓展。

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

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