Científicos finlandeses han desarrollado recientemente un nuevo material de base biológica que podría prolongar la vida útil de las células solares y reducir la dependencia de los plásticos derivados del petróleo. Un equipo dirigido por la Universidad de Turku en colaboración con la Universidad Aalto y la Universidad de Wageningen ha demostrado que las películas de nanocelulosa que incorporan extracto de piel de cebolla roja son superiores a las películas protectoras tradicionales de tereftalato de polietileno (PET) en términos de protección UV.
Las células solares se deterioran gradualmente después de la exposición a la radiación ultravioleta, dañando la capa de electrolitos, como en las células sensibilizadas por colorantes. Para ello, los fabricantes suelen utilizar revestimientos poliméricos como el fluoruro de polivinilo (PVF) o PET como protección, pero estos materiales derivan de combustibles fósiles y no se degradan fácilmente. El objetivo de esta investigación es explorar si los materiales renovables a base de celulosa pueden lograr el mismo efecto protector.
El equipo de investigación eligió la nanocelulosa como base, hizo una película extrayendo fibras a nanoescala y la trató con absorbentes de rayos UV naturales (incluyendo lignina, iones de hierro y extracto de cáscara de cebolla morada). Los tres anteriormente tenían el potencial de bloquear los rayos UV, pero este estudio es el primero en realizar una comparación sistemática a largo plazo.
Los resultados mostraron que las películas que incorporaban extracto de piel de cebolla morada funcionaron mejor. Las pruebas han demostrado que la película puede bloquear el 99,9% de los rayos ultravioleta por debajo de 400 nanómetros, al tiempo que retiene más del 80% de la transmitancia de luz en la banda de 650 a 1100 nanómetros. Mantener una alta transmitancia de la luz visible y la luz infrarroja cercana es crucial para la generación de energía solar.
Los investigadores colocaron la célula solar sensibilizada con tinte debajo de la película y la expusieron a la luz solar artificial durante 1.000 horas (aproximadamente el equivalente a un año de luz solar al aire libre en Europa Central), y continuaron observando el rendimiento y la apariencia de la película y la batería. Como resultado, la película de piel de cebolla roja mostró sólo una ligera decoloración y básicamente mantuvo sus propiedades ópticas, protegiendo eficazmente la batería en todo momento. Por el contrario, la membrana tratada con iones de hierro puede transmitir bien la luz en las primeras etapas, pero luego se degrada rápidamente. Aunque la membrana de lignina tiene una fuerte capacidad de bloqueo de los rayos UV, tiene un color más oscuro, lo que afecta significativamente la transmitancia de la luz visible.
Rustem Nizamov, investigador doctoral de la Universidad de Turku, dijo que las pruebas a largo plazo revelaron diferencias significativas en la estabilidad de varias membranas de base biológica. "Este estudio destaca la importancia de las pruebas a largo plazo de los filtros UV. Otros filtros de base biológica tienen cambios obvios en la protección UV y la transmisión de luz con el tiempo".
La investigación se centra en células solares sensibilizadas con colorantes, que son particularmente sensibles a la degradación de los rayos UV. El equipo señaló que los resultados son aplicables a las tecnologías fotovoltaicas orgánicas y de perovskita. Estas células solares de última generación también requieren una protección UV fiable y actualmente se basan en plásticos no degradables. Las películas protectoras fabricadas a partir de residuos vegetales, como la piel de cebolla, no sólo son duraderas sino que también ofrecen beneficios de sostenibilidad.
La investigación es parte del impulso de la industria forestal y de materiales finlandesa para desarrollar productos con valor agregado a partir de recursos naturales. Kati Miettunen, profesora de ingeniería de materiales de la Universidad de Turku, señaló que la industria forestal espera desarrollar nuevos productos de alto valor añadido, que también se espera que se conviertan en componentes clave en el campo de la electrónica, como las células solares.
El equipo prevé que en el futuro este material totalmente biodegradable podría utilizarse en productos donde el reciclaje no es factible, como sensores desechables o envases inteligentes. Reemplazar la capa protectora a base de petróleo con nanocelulosa mejorada con pigmentos naturales no solo promueve el desarrollo sostenible de la tecnología de energía solar, sino que también ayuda a ampliar los escenarios de aplicación.
La investigación contó con el apoyo del proyecto BioEST, financiado por el Consejo de Investigación de Finlandia, y los resultados se publicaron en la revista ACS Applied Optical Materials.