UV용 하이드록시신남산 유도체

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 3235(2023) 이 기사 인용

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자연적으로 풍부한 염료는 염료 감응형 태양전지(DSSC) 개발에 매우 ​​매력적입니다. 카페산(CA), 페룰산(FA) 및 p-쿠마르산(PA)과 같은 하이드록시신남산 유도체는 자외선 A(UVA)(315-400 nm) 광자를 선택적으로 수확하는 데 고려되었습니다. 이들의 분광학적 및 전기화학적 특성을 이론적 및 실험적으로 조사했습니다. 이들은 AM(공기 질량) 1.5G(전역) 조명(100mW/cm2)에서 0.22~0.38%의 전력 변환 효율과 3.40~3.62%의 전력 변환 효율을 나타내는 UV 선택성 및 가시적으로 투명한 DSSC의 감광제로 더욱 성공적으로 채택되었습니다. UVA 조사(365nm, 115.22mW/cm2)에서 해당 가시광선 투과율(VLT)은 49.07~43.72%이고 일반 연색지수(Ra)는 93~90입니다.

전 세계적으로 도시 인구가 급격히 증가함에 따라 도시의 에너지 소비는 기후 변화의 주요 원인이 되었습니다. 도시에 재생에너지를 통합하면 보다 친환경적인 도시 환경으로 전환할 수 있습니다. 중요한 것은 건물과 건설이 20201년 전 세계 에너지 수요의 36%, 에너지 관련 이산화탄소(CO2) 배출량의 37%를 차지했다는 것입니다. 이러한 에너지 소비를 완화하기 위해 제로 에너지 빌딩(ZEB) 개념이 도입되었습니다. 현장에서 생성된 에너지는 공급망에서 전달된 에너지와 동일하거나 그 이상입니다. ZEB의 구현은 새로운 주거용 및 상업용 건물2에 의무화되었으며, 이를 달성하기 위한 유망한 방법은 광전지 모듈을 건물 외피에 장착하는 BIPV(Building-Integrated Photovoltaics)입니다.

수년에 걸쳐 현대 건물 건축과 관련된 유약 기술의 발전으로 인해 커튼월, 창문 벽 및 주요 건물 외피 시스템과 같은 유리 클래딩 시스템이 개발되었습니다. 유리 클래딩 시스템의 광범위한 사용은 여름에는 냉방 부하, 겨울에는 난방 부하를 담당하지만, 태양광(PV) 커튼과 창벽은 차세대 유약 기술에 매우 중요합니다. 불행하게도 PV 글레이징과 관련된 현재 과제는 기존 태양 전지가 가시광선을 흡수하여 전기를 생산하기 때문에 투과율과 전력 변환 효율(PCE) 간의 본질적인 균형을 맞추는 것입니다. 최근에는 파장 선택 기술이 등장했습니다. 이러한 기술은 자외선(UV)3,4,5,6 또는 근적외선(NIR) 빛7,8,9,10,11을 선택적으로 흡수하는 여기 물질을 사용하며, 이러한 파장 선택형 PV는 반-적외선의 한계를 극복할 것으로 예상됩니다. BIPV 애플리케이션을 위한 투명 및 컬러 PV.

새로운 광전지 기술 중에서 염료감응형 태양전지(DSSC)는 감광제의 파장 선택적 흡수와 광학적으로 투명한 전도성 산화물 기판의 사용으로 인해 가시광선 영역에서 높은 투명성을 달성하는 데 특히 유리합니다. 16. 합성 감광제는 가격이 비싸고 환경친화적이므로 값비싼 화학 합성 공정을 간단한 추출 공정으로 대체하려면 자연적으로 풍부한 염료를 고려해야 합니다. 현재까지 안토시아닌, 베타레인, 플라보노이드, 카로티노이드 및 엽록소와 같은 자연적으로 이용 가능한 염료가 DSSC를 제조하는 데 사용되었으며17,18,19 대표적인 결과는 참고문헌 18 및 19에서 확인할 수 있습니다. 대부분의 천연 염료는 400에서 흡수를 나타냅니다. 가시광선 영역에서는 700 nm까지 가능합니다. 예를 들어, 안토시아닌은 장파장(예: 580-700 nm)에서 높은 흡수를 나타냅니다. 베타시아닌과 베타잔틴은 400~600nm 범위에서 흡수됩니다. 엽록소는 녹색을 제외한 가시광선의 모든 파장을 흡수합니다. 불행하게도 UV 광자를 선택적으로 수집하는 천연 염료는 염료 감응 응용 분야에서 많이 연구되지 않았습니다. 본 연구에서는 잠재적인 UV 흡수 감광제로서 파장 선택 기술에 HCA(하이드록시신남산)를 소개합니다. HCA는 9개의 탄소 원자(C6-C3)로 구성된 화학적 골격을 가지고 있으며 식물계에 어디에나 분포되어 있는 페놀산의 주요 하위 그룹입니다20. 카페인산(CA), 페룰산(FA) 및 p-쿠마르산(PA)과 같은 HCA는 찻잎, 커피, 과일, 야채 및 통곡물에서 풍부하게 발견되는 천연 페놀성 화합물입니다21,22. 흥미롭게도 이들은 카르복실기가 이중 결합에 의해 방향족 고리와 분리되어 π-전자 시스템을 형성하는 특정 구조를 가지고 있습니다. 이론적으로나 실험적으로 UV 영역(220-400 nm)에서 강한 흡광도를 나타내는 것으로 알려져 있습니다. 따라서 우리는 UV 광자를 수확하기 위한 HCA의 효능을 조사하고 UV 선택적이고 눈에 띄게 투명한 DSSC를 입증했습니다.