Cientistas finlandeses desenvolveram recentemente um novo material de base biológica que poderia prolongar a vida útil das células solares e reduzir a dependência de plásticos à base de petróleo. Uma equipe liderada pela Universidade de Turku em colaboração com a Universidade de Aalto e a Universidade de Wageningen demonstrou que os filmes de nanocelulose que incorporam extrato de casca de cebola vermelha são superiores aos filmes protetores tradicionais de tereftalato de polietileno (PET) em termos de proteção UV.

As células solares deterioram-se gradualmente após a exposição à radiação ultravioleta, danificando a camada eletrolítica, como nas células sensibilizadas por corantes. Para este fim, os fabricantes utilizam frequentemente revestimentos poliméricos como o fluoreto de polivinilo (PVF) ou PET para protecção, mas estes materiais são derivados de combustíveis fósseis e não se degradam facilmente. O objetivo desta pesquisa é explorar se materiais renováveis ​​à base de celulose podem alcançar o mesmo efeito protetor.

A equipe de pesquisa escolheu a nanocelulose como base, fez um filme extraindo fibras em nanoescala e tratou-o com absorventes naturais de UV (incluindo lignina, íons de ferro e extrato de casca de cebola roxa). Todos os três tiveram anteriormente o potencial de bloquear os raios UV, mas este estudo é o primeiro a realizar uma comparação sistemática a longo prazo.

Os resultados mostraram que os filmes que incorporam extrato de casca de cebola roxa tiveram melhor desempenho. Testes mostraram que o filme pode bloquear 99,9% dos raios ultravioleta abaixo de 400 nanômetros, enquanto retém mais de 80% da transmitância de luz na faixa de 650 a 1100 nanômetros. Manter a alta transmitância de luz visível e luz infravermelha próxima é crucial para a geração de energia solar.

Os investigadores colocaram a célula solar sensibilizada por corante sob o filme e expuseram-na à luz solar artificial durante 1.000 horas (aproximadamente o equivalente a um ano de luz solar ao ar livre na Europa Central), e continuaram a observar o desempenho e a aparência do filme e da bateria. Como resultado, a película de casca de cebola vermelha apresentou apenas uma ligeira descoloração e basicamente manteve suas propriedades ópticas, protegendo eficazmente a bateria em todos os momentos. Em contraste, a membrana tratada com iões de ferro pode transmitir bem a luz na fase inicial, mas depois degrada-se rapidamente. Embora a membrana de lignina tenha forte capacidade de bloqueio de UV, ela possui uma cor mais escura, o que afeta significativamente a transmitância da luz visível.

Rustem Nizamov, pesquisador de doutorado na Universidade de Turku, disse que testes de longo prazo revelaram diferenças significativas na estabilidade de várias membranas de base biológica. "Este estudo destaca a importância dos testes de longo prazo de filtros UV. Outros filtros de base biológica apresentam mudanças óbvias na proteção UV e na transmissão de luz ao longo do tempo."

A pesquisa concentra-se em células solares sensibilizadas por corantes, que são particularmente sensíveis à degradação UV. A equipe destacou que os resultados são aplicáveis ​​às tecnologias de perovskita e fotovoltaica orgânica. Estas células solares de última geração também requerem proteção UV confiável e atualmente dependem de plásticos não degradáveis. As películas protetoras feitas a partir de resíduos vegetais, como cascas de cebola, não são apenas duráveis, mas também oferecem benefícios de sustentabilidade.

A investigação faz parte do esforço da indústria florestal e de materiais finlandesa para desenvolver produtos de valor acrescentado a partir de recursos naturais. Kati Miettunen, professora de engenharia de materiais na Universidade de Turku, destacou que a indústria florestal espera desenvolver novos produtos de alto valor agregado, que também deverão se tornar componentes-chave no campo eletrônico, como as células solares.

A equipa prevê que no futuro este material totalmente biodegradável possa ser utilizado em produtos onde a reciclagem não é viável, como sensores descartáveis ​​ou embalagens inteligentes. A substituição da camada protetora à base de petróleo por nanocelulose aprimorada com pigmentos naturais não só promove o desenvolvimento sustentável da tecnologia de energia solar, mas também ajuda a ampliar os cenários de aplicação.

A pesquisa foi apoiada pelo projeto BioEST financiado pelo Conselho de Pesquisa Finlandês, e os resultados foram publicados na revista ACS Applied Optical Materials.