پوست پیاز قرمز، محافظ قدرتمند سلول‌های خورشیدی است که می‌تواند اشعه UV را تا ۹۹.۹٪ مسدود کند. محققان دانشگاه تورکو در فنلاند با همکاری دانشگاه آلتو و دانشگاه واگنینگن یک لایه محافظتی مبتنی بر مواد زیستی را تولید کرده‌اند که می‌تواند جایگزین مواد سنتی و مشتق شده از نفت در سلول خورشیدی شود.
سلول‌های خورشیدی به شدت در برابر تخریب ناشی از اشعه فرابنفش آسیب‌پذیر هستند و استفاده از لایه‌های محافظتی برای افزایش طول عمر آن‌ها ضروری است. پیش از این معمولا از موادی مانند پلی وینیل فلوراید (PVF) و پلی اتیلن ترفتالات (PET) که هر دو بر پایه نفت هستند، برای این منظور استفاده می‌شد. اما دانشمندان در جستجوی جایگزین‌های پایدارتر، به نانوسلولز روی آورده‌اند؛ یک بیوپلیمر در مقیاس نانو که با تغییر آن با ترکیبات خاص، می‌توان خواص محافظتی در برابر UV را در کنار حفظ شفافیت بهبود بخشید.
محققان نشان دادند که لایه‌های نانوسلولزی که با عصاره پوست پیاز قرمز غنی شده‌اند، عملکرد فوق‌العاده‌ای در مسدود کردن اشعه فرابنفش دارند. این لایه‌های زیستی توانستند ۹۹.۹٪ از اشعه UV تا طول موج ۴۰۰ نانومتر را جذب کنند و حتی از فیلترهای UV مبتنی بر PET که به عنوان استاندارد صنعتی در این تحقیق مورد استفاده قرار گرفتند، عملکرد بهتری نشان دهند.
رستم نظاموف، پژوهشگر دکترا از دانشگاه تورکو می‌گوید: «لایه‌های نانوسلولزی که با رنگ پیاز قرمز تیمار شده‌اند، یک گزینه امیدوارکننده برای کاربردهایی هستند که در آن‌ها ماده محافظ باید بر پایه مواد زیستی باشد.»
این لایه‌های فیلتر UV با عصاره پیاز قرمز، لیگنین و یون‌های آهن تیمار شده بودند که هر کدام در مطالعات قبلی خواص مسدودکنندگی UV را نشان داده بودند. در میان نمونه‌های آزمایش شده، لایه حاوی عصاره پیاز قرمز موثرترین عملکرد را در کاهش اشعه فرابنفش از خود نشان داد.
چالش‌های مهم در توسعه پوشش‌های زیستی برای سلول‌های خورشیدی، ایجاد تعادل بین محافظت در برابر UV و شفافیت نوری بالا است. در حالی که اشعه فرابنفش (طول موج‌های زیر ۴۰۰ نانومتر) تخریب سلول‌های خورشیدی را تسریع می‌کند، نور مرئی و نزدیک به مادون قرمز (۷۰۰-۱.۲۰۰ نانومتر) باید عبور کنند تا تبدیل فوتوولتائیک به طور کارآمد انجام شود.
در مقابل، لایه نانوسلولزی تیمار شده با رنگ پیاز قرمز شفافیتی بیش از ۸۰ درصد در محدوده ۶۵۰-۱.۱۰۰ نانومتر از خود نشان داد که آن را به یک جایگزین بسیار مناسب برای کاربردهای فوتوولتائیک تبدیل می‌کند. ضمن اینکه این لایه در طول آزمایش‌های طولانی مدت، یکپارچگی ساختاری و عملکرد خود را حفظ کرده است.
محققان برای ارزیابی پایداری طولانی مدت، فیلترهای UV را به آزمایش‌های تسریع شده پیری با استفاده از نور مصنوعی به مدت ۱۰۰۰ ساعت قرار دادند. این تقریبا معادل یک سال قرار گرفتن در معرض نور خورشید در فضای باز در آب و هوای اروپای مرکزی است. در این مطالعه همچنین از تصویربرداری دیجیتال برای نظارت بر تغییرات بصری در لایه‌های محافظتی و سلول‌های خورشیدی زیرین استفاده شد.
به گفته محققان، این مطالعه بر اهمیت آزمایش‌های طولانی مدت برای فیلترهای UV تاکید می‌کند؛ چرا که محافظت در برابر UV و میزان عبور نور سایر فیلترهای زیستی در طول زمان به طور قابل توجهی تغییر کرده است. به‌طور مثال لایه‌های تیمار شده با یون‌های آهن در ابتدا میزان عبور نور خوبی داشتند، اما پس از پیری کاهش یافت.
محققان پیش‌بینی می‌کنند که یافته‌های آن‌ها به طور گسترده برای سایر فناوری‌های فوتوولتائیک، از جمله سلول‌های خورشیدی پروسکایت و آلی نیز قابل استفاده خواهد بود. به گفته نظاموف، این نتایج برای محافظت در برابر UV سایر انواع سلول‌های خورشیدی و همچنین هر کاربردی که در آن استفاده از فیلتر UV مبتنی بر مواد زیستی از اهمیت بالایی برخوردار است، مرتبط است.
جهت‌گیری‌های تحقیقاتی آینده شامل ادغام اجزای سلول‌های خورشیدی تجزیه‌پذیر برای تولید انرژی سازگار با محیط زیست است. محققان کاربردهایی مانند حسگرهای خودکفا در بسته‌بندی مواد غذایی و سایر دستگاه‌های الکترونیکی موقت را متصور هستند.
پروفسور کتی میتونن، متخصص مهندسی مواد، خاطرنشان کرد: «صنعت جنگلداری علاقه‌مند به توسعه محصولات جدید و با کیفیت بالا است. در زمینه الکترونیک، این محصولات ممکن است به عنوان اجزای سلول‌های خورشیدی نیز مورد استفاده قرار گیرند.»
به نظر می‌رسد که ضایعات پیاز قرمز، این ماده به ظاهر بی‌ارزش، می‌تواند نقش مهمی در توسعه فناوری‌های انرژی پاک و پایدار ایفا کند. این کشف نه تنها راهی نوآورانه برای استفاده از مواد زائد ارائه می‌دهد، بلکه گامی مهم در جهت کاهش وابستگی به مواد نفتی در صنعت انرژی خورشیدی به شمار می‌رود. آیا می‌توانیم انتظار داشته باشیم که در آینده نزدیک، مزارع خورشیدی با رنگ و بوی پیاز درخشان شوند؟ زمان پاسخ خواهد داد.