新型洋葱皮生物降解薄膜可延长太阳能电池板使用寿命

芬兰科学家最近开发出一种新型生物基材料，有望延长太阳能电池的使用寿命，并降低对石油基塑料的依赖。由图尔库大学牵头，与阿尔托大学及瓦赫宁根大学协作的团队，证实了掺入红洋葱皮提取物的纳米纤维素薄膜在紫外防护方面优于传统的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）保护膜。

太阳能电池在暴露于紫外线辐射后会逐渐劣化，损伤如染料敏化电池中的电解质层。为此，制造商通常采用如聚氟乙烯（PVF）或PET等聚合物涂层进行防护，但这些材料均来源于化石燃料，不易降解。此次研究目标，是探索可再生、以纤维素为基础的材料能否实现同等防护效果。

研究团队选用纳米纤维素作为基础，通过提取纳米级纤维制成薄膜，并以天然紫外吸收剂（包括木质素、铁离子及红洋葱皮提取物）进行处理。三者此前均有阻隔紫外线的潜力，但本研究首次进行了长时间系统比较。

结果显示，掺入红洋葱皮提取物的薄膜效果最佳。测试表明，该膜能阻挡99.9%的400纳米以下紫外线，同时在650至1100纳米波段保留超过80%的透光率，而维持可见光及近红外光的高透过性，对太阳能发电至关重要。

研究人员将染料敏化太阳能电池置于膜下，进行了1000小时人工太阳照射（约等同中欧户外一年日照），并持续观察膜及电池的性能和外观。结果，红洋葱皮薄膜仅出现轻微变色，光学性能基本保持，始终有效保护电池。相比之下，铁离子处理的膜在初期虽可良好透光，但随后快速退化；木质素膜虽阻紫外能力强，却因本身颜色较深，显著影响可见光透过率。

图尔库大学的博士研究员Rustem Nizamov表示，长期测试揭示了各种生物基膜在稳定性上的重大差异，“本研究强调了紫外滤光片长期测试的重要性，其他生物基滤光片在紫外防护和透光率方面随时间变化明显。”

研究主要以染料敏化太阳能电池为对象，这类电池对紫外降解尤其敏感。团队指出，该成果适用于钙钛矿及有机光伏技术，这些前沿太阳能电池同样需要可靠的紫外保护，现阶段多依赖不可降解塑料。利用植物废料（如洋葱皮）制成的保护膜，不仅经久耐用，还具备可持续性优势。

这项研究是芬兰森林与材料工业推动“从自然资源开发增值产品”的举措之一。图尔库大学材料工程教授Kati Miettunen指出，森林工业期望开发新的高附加值产品，在电子领域如太阳能电池等，也有望成为关键组件。

团队展望，未来这一全可降解材料可用于那些回收不可行的产品，比如一次性传感器或智能包装。将石油基保护层替换为以天然色素增强的纳米纤维素，既推动太阳能技术可持续发展，也助力应用场景不断拓展。

该研究由芬兰研究委员会资助的BioEST项目支持，成果已发表在《ACS Applied Optical Materials》期刊上。