Rode ui beschermt zonnecellen beter tegen UV-degradatie

Nanocellulose geverfd met een extract van rode uischillen biedt een zeer effectieve UV-bescherming voor zonnecellen, beter dan het commerciële PET-gebaseerde UV-filter dat in een recente studie werd gebruikt als marktstandaard.

Het onderzoek is gepubliceerd in ACS Applied Optical Materials.

De nanocellulosefilm blokkeerde 99,9% van de UV-straling tot 400 nanometer, zo claimen de onderzoekers van de universiteiten van Turku, Aalto en Wageningen. Ze onderzochten hoe bio-based materialen kunnen worden gebruikt om effectieve UV-beschermingsfolies voor zonnecellen te produceren en hoe de eigenschappen van verschillende bio-gebaseerde UV-filters in de loop van de tijd veranderen.

Zonnecellen zijn gevoelig voor UV-geïnduceerde degradatie en worden meestal beschermd door op aardolie gebaseerde folies, zoals polyvinylfluoride (PVF) en polyethyleentereftalaat (PET). Materialenonderzoek richt zich op het vinden van alternatieven voor deze fossiele kunststoffen, waaronder nanocellulose. Nanocellulose wordt verkregen door cellulose af te breken tot nanoschaalvezels, die vervolgens op verschillende manieren behandeld kunnen worden om UV-bescherming te bieden.

“Nanocellulosefilms behandeld met rode uienkleurstof zijn een veelbelovende optie voor toepassingen waarbij het beschermende materiaal bio-gebaseerd moet zijn”, zegt promovendus Rustem Nizamov.

Duurzaamheid en lichtdoorlatendheid

In de studie werden de duurzaamheid en eigenschappen van vier soorten beschermende films gemaakt van cellulose-nanovezels vergeleken. De films waren behandeld met rode uienextract, lignine en ijzerionen, waarvan eerder was aangetoond dat ze goede UV-blokkerende eigenschappen hebben. De film met rode uienextract bleek het meest effectief in het blokkeren van UV-straling.

Hoewel UV-straling schadelijk is voor zonnecellen, is het behoud van zichtbaar licht en gedeeltelijk infrarood licht (700-1.200 nm) belangrijk, omdat zonnecellen deze straling omzetten in elektriciteit. Vaak moet bij bio-gebaseerde materialen een compromis worden gevonden tussen UV-bescherming en lichtdoorlatendheid. Lignine, een natuurlijke polymeer met sterke UV-absorberende eigenschappen, heeft bijvoorbeeld een donkerbruine kleur, wat het gebruik in transparante films beperkt.

De film met rode uienkleurstof bleek een interessante oplossing, met een lichttransmissie van meer dan 80% bij langere golflengten (650-1.100 nm). Bovendien bleef de prestatie van de film gedurende de lange testperiode behouden.

Langdurige resultaat

De filters werden getest onder kunstlicht gedurende 1000 uur, wat gelijkstaat aan ongeveer een jaar blootstelling aan zonlicht in een Centraal-Europees klimaat. “De UV-bescherming en lichttransmissie van de andere bio-gebaseerde filters veranderden aanzienlijk in de loop van de tijd. Zo hadden de films behandeld met ijzerionen aanvankelijk een goede transmissie, die na veroudering afnam”, aldus Nizamov. Het rode-uifilter bleef echter wel 8500 uur beschermen. Dat is meer dan de andere biobased varianten, maar ook aanzienlijk meer dat de 1500 uur dan het commerciële filter.