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Investigadores desarrollan un filtro UV de base biológica con nanocelulosa y cebolla roja, que supera a los materiales convencionales en protección y transparencia para células solares.
Los investigadores han desarrollado una película protectora ultravioleta (UV) de base biológica que podría reemplazar a los materiales convencionales derivados de aceite en células solares. El estudio, dirigido por la Universidad de Turku en Finlandia en colaboración con la Universidad Aalto y la Universidad de Wageningen, representa el primer análisis exhaustivo que compara diferentes filtros UV de base biológica y su eficacia a largo plazo.
Las células solares son muy vulnerables a la degradación causada por la radiación UV. Para prolongar su vida útil son necesarias películas protectoras. Los materiales convencionales utilizados en estos recubrimientos incluyen compuestos derivados del petróleo, como el fluoruro de polivinilo (PVF) y el tereftalato de polietileno (PET).
Sin embargo, la búsqueda de alternativas sostenibles ha llevado a los científicos a explorar la nanocelulosa, un biopolímero a nanoescala.
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La alternativa ecológica supera a los filtros convencionales
Los investigadores modificaron la nanocelulosa con compuestos específicos para mejorar la protección UV sin comprometer la transparencia. Uno de los avances más significativos provino de la infusión del material con extracto de cáscara de cebolla roja.
El estudio reveló que las películas de nanocelulosa enriquecidas con este extracto lograron una absorción de UV del 99,9% en longitudes de onda de hasta 400 nanómetros, superando a los filtros basados en PET.
El investigador de doctorado Rustem Nizamov de la Universidad de Turku destacó el potencial de estos materiales. "Las películas de nanocelulosa tratadas con tinte de cebolla roja son una opción prometedora en aplicaciones donde el material protector debe ser de base biológica.", Él afirmó.
Comparación de diferentes filtros UV
El equipo probó cuatro tipos distintos de películas de nanocelulosa modificadas con diferentes sustancias, incluido extracto de cebolla roja, lignina e iones de hierro.
Los resultados mostraron que el filtro enriquecido con cebolla roja ofrecía la mejor protección UV. Además, consiguió equilibrar la protección UV y la transparencia, un factor esencial para la eficiencia de las células solares.
La radiación UV daña las células solares, pero la luz visible y la luz infrarroja cercana (entre 700 y 1.200 nanómetros) son esenciales para la conversión fotovoltaica. El gran desafío es desarrollar materiales que bloqueen la radiación dañina sin reducir la transmisión de luz necesaria para la generación de energía.
Se ha demostrado que la lignina, por ejemplo, es ineficaz para lograr este equilibrio. Aunque tiene buenas propiedades de bloqueo UV, su coloración marrón oscuro perjudica la transparencia óptica.
Por el contrario, las películas tratadas con cebolla roja mantuvieron más del 80% de transmisión de luz entre 650 y 1.100 nanómetros, lo que las convierte en una alternativa prometedora para los recubrimientos fotovoltaicos.
Pruebas de durabilidad y aplicaciones futuras
Para evaluar la estabilidad de los filtros UV de base biológica, los investigadores realizaron pruebas de envejecimiento acelerado. Los materiales fueron expuestos a la luz artificial durante 1.000 horas, simulando un año de exposición a la luz solar exterior en un clima europeo.
Durante este período, se utilizaron imágenes digitales para monitorear los cambios visuales en las películas protectoras y las células solares.
Según Nizamov, las pruebas resaltaron la importancia de la evaluación a largo plazo. "El estudio enfatizó la importancia de realizar pruebas a largo plazo para los filtros UV, ya que la protección UV y la transmisión de luz de otros filtros de base biológica han cambiado significativamente con el tiempo. Por ejemplo, las películas tratadas con iones de hierro tuvieron una buena transmitancia inicial, que se redujo después del envejecimiento.", Él explicó.
Las películas se probaron en células solares sensibilizadas con colorante, una de las tecnologías más vulnerables a la degradación inducida por rayos UV. Sin embargo, los científicos creen que los hallazgos podrían aplicarse a otras tecnologías fotovoltaicas, como las células de perovskita y las células solares orgánicas.
Expansión a nuevas áreas
El estudio también sugiere que estos filtros UV podrían utilizarse en otras aplicaciones que requieran protección contra la radiación ultravioleta. "Estos resultados también son relevantes para la protección UV de otros tipos de células solares, así como para cualquier aplicación donde el uso de un filtro UV de base biológica sea primordial." añadió Nizamov.
Los próximos pasos en la investigación incluyen la integración de componentes biodegradables en las células solares, con el objetivo de crear tecnologías energéticas sostenibles.
Entre las posibilidades futuras, los investigadores destacan el desarrollo de sensores autoalimentados para envases de alimentos y dispositivos electrónicos transitorios.
La profesora Kati Miettunen, especialista en ingeniería de materiales, destacó el interés de la industria forestal en avanzar en esta investigación. "La industria forestal está interesada en desarrollar nuevos productos de alta calidad. En el campo de la electrónica también pueden ser componentes para células solares.", dijo.
Con los resultados positivos, la nanocelulosa modificada con colorante de cebolla roja surge como una opción viable para aumentar la eficiencia y durabilidad de las células solares, reduciendo la dependencia de materiales derivados del petróleo.
Con información de Interesting Engineering.
