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Investigadores Desarrollan Filtro UV de Base Biológica con Nanocelulosa y Cebolla Roja, Superando Materiales Convencionales en Protección y Transparencia para Celdas Solares
Investigadores desarrollaron una película de protección ultravioleta (UV) de base biológica que puede sustituir materiales convencionales derivados del petróleo en celdas solares. El estudio, conducido por la Universidad de Turku, en Finlandia, en colaboración con la Universidad Aalto y la Universidad de Wageningen, representa el primer análisis completo comparando diferentes filtros UV de base biológica y su eficacia a largo plazo.
Las celdas solares son altamente vulnerables a la degradación provocada por la radiación UV. Para prolongar su vida útil, se necesitan películas protectoras. Los materiales convencionales utilizados en estos recubrimientos incluyen compuestos a base de petróleo, como fluoruro de polivinilo (PVF) y tereftalato de polietileno (PET).
No obstante, la búsqueda de alternativas sostenibles llevó a los científicos a explorar la nanocelulosa, un biopolímero a nanoescala.
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Alternativa Ecológica Supera 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 vino de la infusión del material con extracto de cáscara de cebolla roja.
El estudio reveló que las películas de nanocelulosa enriquecidas con este extracto alcanzaron una absorción UV del 99,9% en longitudes de onda de hasta 400 nanómetros, superando los filtros basados en PET.
El investigador de doctorado Rustem Nizamov, de la Universidad de Turku, destacó el potencial de estos materiales. “Películas de nanocelulosa tratadas con colorante de cebolla roja son una opción prometedora en aplicaciones donde el material protector debe ser de base biológica”, afirmó.
Comparando Diferentes Filtros UV
El equipo probó cuatro tipos distintos de películas de nanocelulosa modificadas con diferentes sustancias, incluyendo extracto de cebolla roja, lignina e iones de hierro.
Los resultados mostraron que el filtro enriquecido con cebolla roja ofreció la mejor protección UV. Además, logró equilibrar protección UV y transparencia, factor esencial para la eficiencia de las celdas solares.
La radiación UV perjudica las celdas solares, pero la luz visible y la infrarroja cercana (entre 700 y 1.200 nanómetros) son fundamentales para la conversión fotovoltaica. El gran desafío es desarrollar materiales que bloqueen la radiación perjudicial sin reducir la transmisión de luz necesaria para la generación de energía.
La lignina, por ejemplo, demostró ser ineficaz en este equilibrio. Aunque tiene buenas propiedades de bloqueo UV, su coloración marrón oscura perjudica la transparencia óptica.
En contraste, las películas tratadas con cebolla roja mantuvieron más del 80% de transmisión de luz entre 650 y 1.100 nanómetros, convirtiéndose en una alternativa prometedora para 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 luz artificial durante 1.000 horas, simulando un año de exposición solar al aire libre en un clima europeo.
Durante este período, se utilizaron imágenes digitales para monitorear los cambios visuales en las películas protectoras y en las celdas solares.
Según Nizamov, las pruebas resaltaron la importancia de la evaluación a largo plazo. “El estudio enfatizó la importancia de pruebas a largo plazo para filtros UV, ya que la protección UV y la transmitancia de luz de otros filtros de base biológica cambiaron significativamente a lo largo del tiempo. Por ejemplo, las películas tratadas con iones de hierro tuvieron buena transmitancia inicial, que redujo tras el envejecimiento”, explicó.
Las películas fueron probadas en celdas solares sensibilizadas por colorantes, una de las tecnologías más vulnerables a la degradación inducida por UV. Sin embargo, los científicos creen que los hallazgos pueden aplicarse a otras tecnologías fotovoltaicas, como celdas de perovskita y celdas solares orgánicas.
Expansión para Nuevas Áreas
El estudio también sugiere que estos filtros UV pueden ser utilizados en otras aplicaciones que requieran protección contra radiación ultravioleta. “Estos resultados también son relevantes para la protección UV de otros tipos de celdas solares, así como cualquier aplicación donde el uso de un filtro UV de base biológica sea primordial”, añadió Nizamov.
Las próximas etapas de la investigación incluyen integrar componentes biodegradables en celdas solares, con el objetivo de crear tecnologías energéticas sostenibles.
Entre las posibilidades futuras, los investigadores destacan el desarrollo de sensores autoalimentados para empaques de alimentos y dispositivos electrónicos transitorios.
La profesora Kati Miettunen, especialista en ingeniería de materiales, resaltó el interés de la industria forestal en el avance de estas investigaciones. “La industria forestal está interesada en desarrollar nuevos productos de alta calidad. En el campo de la electrónica, estos también pueden ser componentes para celdas 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 celdas solares, reduciendo la dependencia de materiales derivados del petróleo.
Con información de Interesting Engineering.
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