UV用ヒドロキシ桂皮酸誘導体

Scientific Reports volume 13、記事番号: 3235 (2023) この記事を引用

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天然に豊富に存在する色素は、色素増感太陽電池 (DSSC) の開発にとって非常に魅力的です。コーヒー酸 (CA)、フェルラ酸 (FA)、p-クマリン酸 (PA) などのヒドロキシ桂皮酸誘導体は、紫外線 A (UVA) (315 ～ 400 nm) 光子の選択的収集に考慮されていました。それらの分光学的および電気化学的特性は、理論的および実験的に研究されました。さらに、UV 選択性で可視透明な DSSC の光増感剤として採用することに成功し、AM (エアマス) 1.5G (グローバル) 照明 (100 mW/cm2) の下で 0.22 ～ 0.38%、3.40 ～ 3.62% の電力変換効率を示しました。 UVA 照射 (365 nm、115.22 mW/cm2) 下で、対応する可視光線透過率 (VLT) は 49.07 ～ 43.72%、平均演色評価数 (Ra) は 93 ～ 90 です。

世界の都市人口が急速に増加するにつれ、都市におけるエネルギー消費が気候変動の主な原因となっています。再生可能エネルギーを都市に統合することで、よりグリーンな都市環境への移行を実現できます。重要なのは、2020 年の世界のエネルギー需要の 36% とエネルギー関連の二酸化炭素 (CO2) 排出量の 37% が建物と建設によるものでした1。このエネルギー消費を軽減するために、ゼロエネルギービルディング (ZEB) の概念が導入されました。現場で生成されるエネルギーは、供給網から供給されるエネルギーと同等かそれ以上です。 ZEB の導入は、新築住宅および商業建築に義務付けられており 2、これを実現する有望な方法として、太陽光発電モジュールを建物の外壁に取り付けるビル一体型太陽光発電 (BIPV) があります。

長年にわたり、現代の建築建築に関連するガラス技術の進歩により、カーテンウォール、窓壁、主要な建物外壁システムなどのガラス被覆システムの開発が行われてきました。ガラス被覆システムの広範な使用は夏の冷房負荷と冬の暖房負荷の原因となっていますが、太陽光発電 (PV) カーテンと窓壁は次世代のガラス技術にとって極めて重要です。残念ながら、従来の太陽電池は可視光を吸収して電気を生成するため、PV グレージングに関連する現在の課題は、透過率と電力変換効率 (PCE) の間の固有のトレードオフです。最近、波長選択技術が登場しました。これらの技術は、紫外 (UV) 3、4、5、6 または近赤外 (NIR) 光 7、8、9、10、11 を選択的に吸収する励起子材料を使用しており、このような波長選択性 PV は半赤外線の限界を克服すると期待されています。 BIPV アプリケーション向けの透明およびカラー PV。

新興の太陽光発電技術の中でも、色素増感太陽電池 (DSSC) は、光増感剤の波長選択吸収と光学的に透明な導電性酸化物基板の使用により、可視光領域での高い透明性を達成するのに特に有利です 12,13,14,15。 16. 合成光増感剤は高価で環境に優しくないため、高価な化学合成プロセスを単純な抽出プロセスに置き換えるために、天然に豊富な色素を考慮する必要があります。現在まで、アントシアニン、ベタレイン、フラボノイド、カロテノイド、クロロフィルなどの天然色素が DSSC の作製に使用されてきました 17、18、19 。代表的な結果は参考文献 18 および 19 に記載されています。天然色素のほとんどは 400 度からの吸収を示します。可視光領域では 700 nm まで。たとえば、アントシアニンは長波長 (たとえば 580 ～ 700 nm) で高い吸収を示します。ベタシアニンとベタキサンチンは 400 ～ 600 nm の範囲で吸収します。クロロフィルは、緑色を除く可視光のすべての波長を吸収します。残念ながら、UV 光子を選択的に収集する天然色素は、色素増感用途ではあまり研究されていません。この研究では、潜在的な UV 吸収光増感剤としてヒドロキシ桂皮酸 (HCA) を波長選択技術に導入します。 HCA は 9 個の炭素原子 (C6 ～ C3) からなる化学骨格を持ち、植物界に遍在的に分布するフェノール酸の主要なサブグループです 20。カフェ酸 (CA)、フェルラ酸 (FA)、p-クマル酸 (PA) などの HCA は、茶葉、コーヒー、果物、野菜、全粒穀物に豊富に含まれる天然のフェノール化合物です 21,22。興味深いことに、それらはカルボキシル基が二重結合によって芳香環から分離され、π電子系を形成するという特殊な構造を持っています。理論的および実験的に、それらは UV 領域 (220 ～ 400 nm) で強い吸光度を示すことが知られています 20,23,24,25。したがって、我々は、UV 光子を収集するための HCA の有効性を調査し、UV 選択性と目に見えて透明な DSSC を実証しました。

密度汎関数理論 (DFT) および時間依存密度汎関数理論 (TDDFT) 計算を実行して、TiO2 クラスターへの結合前後の CA、FA、および PA の構造、電子構造、および光学特性を洞察しました。図 1 は、HCA と HCA-TiO2 複合体の最適化された形状とフロンティア分子軌道 (FMO) をそれぞれ示しています。最適化された構造では、二重結合 (-C=C-) が芳香環とカルボン酸 (-COOH) を結合しているため、すべての化合物は完全な平面構造を示します。 FMO は、分子の光学的および電子的特性を予測するための貴重な情報を提供します。すべての HCA および HCA-TiO2 複合体は、同様の FMO 空間分布を示しました。 2 つの対向する電気双極子の存在。 –C=C- およびカルボキシル基は、HCA の π 電子系を乱し、遊離 HCA の電子は分子全体に広がり、最高占有分子軌道 (HOMO) の芳香環からの寄与が最も大きくなります。最低空分子軌道 (LUMO) レベル。遊離の HCA とは異なり、HCA-TiO2 複合体の電子は、LUMO レベルで TiO2 上に完全に集中していました。これは、励起された電子がカルボキシル単位を介して TiO2 に容易に注入できることを示しています。

単離された色素 (CA、FA、PA) および色素-(TiO2)9 錯体の最適化された構造とフロンティア分子軌道 (FMO)。

図2a、bは、それぞれHCAのシミュレーションおよび実験による紫外可視スペクトルを示しています。 5 × 10-4 M の濃度で EtOH に溶解した純粋な HCA の顕著な吸収ピークが UVA 領域 (315-400 nm) で観察されました。最大吸光度ピークは、HOMO から LUMO への主な遷移によるもので、これは芳香族部分の π-π* 遷移に起因すると考えられます 26。 PA、FA、およびCAのモル吸光係数はそれぞれ2969.06、2189.18、および1381.74 M-1 cm-1であり、対応する光学的に測定されたバンドギャップは4.26、4.07、および4.09 eVでした。興味深いことに、PA のスペクトルは FA や CA のスペクトルとは異なります。これは、主な吸収バンドが置換基の少ない芳香環に対応しており 20、その結果、浅色シフトと高いピーク強度が生じるためです。これらの違いは、FA および CA の芳香環のパラ置換によって正当化でき、これによりカルボキシル基と環の間の共役が減少すると考えられます 27。図2c、dは、それぞれHCA-TiO2複合体のシミュレーションおよび実験による紫外可視スペクトルを示しています。 TiO2 に結合した後のピークの広がりと赤方偏移は、カルボキシル基と TiO2 の間の電子結合によるものであり、その結果 LUMO エネルギーが減少します。興味深いことに、CA は可視光領域で PA や FA よりも広範囲で強力な吸収を示しました。これは、CA には DSSC の一般的な色素アンカーであるカテコール基とカルボン酸基の両方がある 29 ため、カテコール π 準位から TiO2 伝導帯の底部への直接的な電荷移動励起によるものと考えられます 28。さらに、色素分子と TiO2 クラスター間の相互作用の強度 (つまり、吸着エネルギー) を計算し、表 S1 にまとめました。大きな負の値は、色素から TiO2 伝導帯への電荷移動がより効率的であることを示します。

(a) HCA および (c) HCA-TiO2 複合体の計算による紫外可視スペクトル、および (b) HCA および (d) HCA グラフトメソポーラス TiO2 フィルムの実験による紫外可視スペクトル。

図3aは、HCAおよびHCA-TiO2錯体のHOMOおよびLUMO準位の計算された分子軌道エネルギーを示しています。構造の違いは、LUMO ではなく HOMO レベルに大きな影響を与えました。二座キレート化により LUMO が安定化し、HOMO-LUMO エネルギーギャップが減少しました。計算された HOMO エネルギーは、酸化還元電位 \({I}^{-}/{I}_{3}^{-}\) (− 4.80 eV)30 よりも低く、酸化された染料が確実に元の状態に戻ることができます。ヨウ化物イオンから電子が放出され、再生されます。計算された LUMO エネルギーは、TiO2 の伝導帯 (CB) のエネルギー (-4.00 eV)30 よりも高く、励起状態の色素が TiO2 CB に電子を容易に注入できることを示しています。サイクリックボルタンメトリー（CV）を使用して、すべての化合物の電気化学的特性とHOMO-LUMOエネルギーレベルを決定しました。それらのCVプロットを図3bに示します。 HOMO レベルは色素の最初の酸化電位 (Eox) から計算され、LUMO レベルは Eox と励起遷移エネルギー (E0-0) の差から得られました。表 1 に、HCA の光物理学的特性と電気化学的特性を示します。 CA および FA の置換基が多い芳香環は、HOMO および LUMO エネルギー準位の安定化により HOMO-LUMO ギャップエネルギーの減少につながることを示しました。

（a）HCA誘導体（PA、FA、CA）およびHCAグラフトTiO2錯体の計算されたエネルギーレベル、および（b）スキャン速度100mV s-1でのEtOH（1mM）中の合成色素のサイクリックボルタモグラム。フェロセン/フェロセニウム (Fc/Fc+) カップルを外部参照として使用しました (挿入図)。

太陽光発電の性能は、2 つの異なる光源の下で調査されました。図4a、bにそれぞれ示すように、AM 1.5G模擬光（100 mW/cm2）およびUV LED（365 nm、115 mW/cm2）。光起電力パラメータを表 2 に示します。UV 放射は地球太陽放射の約 5% であるため、HCA で増感された DSSC は 1 つの太陽の照明下では低い PCE を示します。ただし、HCA は UV 光子を収集できるため、単色 UVA 照射下での発電が可能になります。 TiO2 とヨウ化物/三ヨウ化物酸化還元対のみを備えたセルは、UVA 照射下で電気を生成できることに注意してください。これは、TiO2 が UVA 照射からの光子を吸収し、DSSC 動作のために自由電子を生成したことを示しています。表S2は、UVA強度の関数としての太陽光発電パラメータをまとめたものです。強度が増加するにつれて、開放電圧 (Voc) は横ばいになり、短絡電流密度 (Jsc) は着実に増加しましたが、PCE はピークに達しました。パラメータの中で、Jsc は分子の吸光係数に依存する集光効率 (LHE) と強い相関があります。これは、入射光子束密度とセルの外部量子効率 (EQE) の積を波長範囲全体で積分することによって得られます。 DSSC の性能も、室温および開回路で一定期間エージングした後に測定され (図 S1)、1 太陽および UVA での太陽光発電パラメータがそれぞれ表 S3 と表 S4 にまとめられています。 10 日間にわたって、酸素と水分に対してある程度の透過性を持つ熱可塑性 Surlyn® シーラントで密閉された CA (TiO2 のみ) セルは、1 太陽で 24% (55%)、UVA で 16% (40%) をそれぞれ損失しました。図4cは、HCAで感作されたDSSCのEQEスペクトルを示しています。 FA および PA 細胞と比較した CA 細胞の Jsc の大幅な増加は、UVA および可視領域でより多くの光子を収集する能力に起因すると考えられます。ただし、FA セルと PA セルは UVA 光を選択的に吸収するため、CA セルよりも目に見えて透明になる可能性があります。さらに、DSSC における界面電荷移動プロセスを調査するために EIS 分析が実行されました。標準照明条件（AM 1.5G、100 mW/cm2）下のDSSCのナイキストプロットを図4dに示します。中周波数領域および高周波数領域での電荷移動挙動を示す 2 つの半円は、それぞれ TiO2/色素/電解質界面での電子移動と Pt/電解質界面での電気化学的電荷移動に起因すると考えられます。中間周波数領域の大きな半円は、1 つの太陽の照明の下で大きな電荷移動抵抗 (Rtr) を意味します。これは、上で観察された太陽光発電の性能と一致します。 EIS 測定も繰り返して、製造されたままの DSSC とエージングされた DSSC の室温での電気化学的安定性を調べました（図 S2）。中間周波数領域の半円は 10 日間にわたって大きくなったため、性能の低下は TiO2/色素/電解質の界面に関連していました。

(a) 1 太陽照明 (AM 1.5G、100 mW/cm2) および (b) UVA 放射線 (365 nm、115 mW/cm2) の下での JV 特性、(c) CA、FA、および PA で感作された DSSC の EQE 、(d) 1 つの太陽照明下での DSSC のナイキストプロット。

目に見えて透明で無色の太陽電池を実現するには、PCE と可視光透過率 (VLT) の間の固有のトレードオフを考慮する必要があります。PCE がゼロに近づくと VLT は 100% に近づきます。一般に、人間の目は 400 nm (紫) ～ 700 nm (赤) の光に敏感です。したがって、デバイスの透明度 (\({\uptau }_{\mathrm{v}}\)) は、ISO 標準方法 (ISO 9050:2003) と、人間の明所視に対する透過率スペクトルの統合によって評価する必要があります。次の式 32:

ここで、 \(\uptau \left(\uplambda \right)\)、\({\mathrm{D}}_{\uplambda }\)、\(\mathrm{V}\left(\uplambda \right)\) 、および \(\Delta\uplambda\) は、それぞれデバイスの分光透過率、光源 D65 の相対スペクトル分布、明所視の CIE 分光視感度関数、および波長間隔です。図5a、bは、HCAグラフトTiO2膜とHCAで増感されたDSSCの透過率スペクトルを示しています。計算された VLT 値を表 3 に示します。フィルムとセルは 400 nm より短い波長で低い透過率を示しました。透過率は可視領域で急速に増加し、550 nm より長い波長ではフィルムの 80%、セルの 50% に達しました。これらの結果は、HCA が UV 選択性透明太陽光発電 (TPV) に使用できることを裏付けています。残念ながら、セル組み立て後の透過率の低下は、Pt ベースの電極触媒とヨウ化物電解質による透過損失に関連しています 33。特に、\({I}^{-}/{I}_{3}^{-}\) 酸化還元電解質は、300 ～ 500 nm の波長範囲の多くの光子を吸収します。

(a) 色素グラフトフィルムと (b) DSSC の写真と透過率スペクトル。

色分析では、試料を透過した光のスペクトル (S(λ)) を、透過率スペクトル T(λ) と AM 1.5G (光源) スペクトル I(λ) を使用して、式 S(λ) を使用して計算しました。 ) = T(λ)I(λ)。 CIE 勧告 34,35 に従って、送信スペクトル S(λ) を使用して CIE 三刺激値を次のように計算しました。

ここで、 \(\overline{x }\left(\uplambda \right)\)、\(\overline{y }\left(\uplambda \right)\)、および \(\overline{z }\left(\uplambda) \right)\) は、CIE 1931 標準観測者のカラーマッチング関数です。 CIE 1931 (x, y) 色度座標は次のように定義されます。

CIE 1931 色度は比色仕様に最もよく使用されますが、色空間は知覚的には不均一です 36,37。したがって、CIE 1976 均一色度スケールは、x、y 色度座標を次のように u'、v' に数学的に変換することによって構築されました。

図 6 では、透過光の色座標が CIE 1931 (x, y) および CIE 1976 (u', v') 色度図上にプロットされています。 AM 1.5G ライトの座標も参考として含まれています。 CIE 1976 色度は知覚的に均一であるため、セル間の色差の大きさを推定するのにより適しています。

(a) 光陽極膜 (TiO2 のみ、CA、FA、PA、および N719) と (b) CIE 1931 (x, y) および CIE 1976 (u', v') 上にプロットされた太陽電池の色座標色度図。基準光源としてAM1.5Gも付属しています。

次に、CIE 測色システムを使用して、透過光の色品質を記述するための 2 つの性能指数、相関色温度 (CCT) と色差を計算しました。 CCT は光の色の見え方の尺度であり、その色度点が光の色度点に最も近い黒体放射体の温度として定義されます。低い CCT (3500 K 未満) はオレンジがかった光に対応し、高い CCT (5500 K を超える) は青みがかった光に対応します 38。次に、元の光源 (AM 1.5G) との色度の差を計算して、光が標本を透過する際にどのように変化するかを特徴づけました。 CIE 1976(u',v')色度において、透過光とAM1.5G光の色度座標(u'=0.2062、v'=0.4783)間のユークリッド距離(Δu'v')を計算した。表４に透過光の色度座標（ｘ、ｙ）、（ｕ'、ｖ'）、ＣＣＴ、色差（Δｕ'ｖ'）を示す。

フィルムの場合、CA セルと FA セルの CCT はそれぞれ 4615 K と 4724 K で、TiO2 のみのセルの CCT (4825 K) に比較的近かった。対照的に、PA 細胞と N719 細胞の CCT はそれぞれ 4229 K と 4116 K で低かった。色差については、FA(0.0160)が最も小さく、CA(0.0192)、N719(0.0252)、PA(0.0299)の順に大きくなった。デバイスとして製造された場合、CA、FA、PA セルは同様の CCT と、それぞれ 3729 ～ 3970 K および 0.0432 ～ 0.0469 の範囲の色差を示しました。興味深いことに、HCA セルの CCT と色差は、それぞれ 4063 K と 0.0400 の値を持つ TiO2 のみのセルの CCT と色差に匹敵しました。一方、N719 セルは、CCT が低く (3148 K)、元の光源からの色ずれが大きく (0.0663) 、オレンジがかった光を透過しました。

HCA 増感 DSSC を透過する光は無色であり、TiO2 のみのセルと同等ですが、色の品質をよりよく理解するために演色評価数 (CRI) も報告する必要があります。上記で報告された性能指数とは異なり、CRI では透過光自体の色は考慮されません。むしろ、透過光で照らされた物体の色の見え方を表します。光の CRI は、15 個のテストカラーサンプル (TSC01 ～ TSC15) を使用して、物体の色を再現する能力の総合的な測定値です39。これは、透過光の演色性を、同じ色温度を持つ参照黒体の演色性と比較することによって導出されます。一般的な CRI (Ra、R1 ～ R8 の平均) は、最初の 8 つのカラーサンプルのスコアを平均することによって計算されました。これら 8 つのサンプル (TSC01 ～ TSC08) は、不彩色とパステルカラーに対応します。 R9 ～ R15 は、それぞれ赤、黄、緑、青、肌の色、オリーブグリーン、アジア人の肌の色の特別な CRI です。表 5 に、フィルムとデバイスを透過する光の一般的な CRI (Ra) と特殊な CRI (R9 ～ R15) を示します。図 7 は、デバイスと基準黒体の透過光で照明された最初の 8 つの色サンプル (TSC01 ～ TSC08) の色座標を比較しています。カラーシフトの方向は、CIELAB カラーチャート上にプロットされました。

HCA セル (CA、FA、PA)、N719 セル (白い点)、および参照黒体 (黒い点) を透過した光で照明された 8 つのテストカラーサンプル (TSC01 ～ TSC08) の色座標。

CRI が高いほど、光源の色が正確にレンダリングされます。 CRI 100 はライトの最高のパフォーマンスを表しますが、CRI 値が低いと一部のオブジェクトの色が不自然で鈍く見える場合があります。 CRI が 85 を超える光源は、演色性に優れていると考えられます40。ビジネスにとって視覚的な外観と色の精度が重要である、色に敏感なアプリケーションや環境では、高い CRI 値が特に重要です。一般に、HCA 感作 DSSC (CA、FA、PA) および N719 細胞は優れた演色能を示しました。 Ra に関しては、FA および N719 セルは、CA および PA セルと比較して、TSC03、TSC04、TSC07、および TSC08 の色サンプルに対してわずかに低いレンダリング能力を示しました (図 7 を参照)。 TiO2のみのセルによって照明された色座標も図S3に提供されており、HCAセル（CA、FA、PA）とTiO2のみのセルの間にRa性能に顕著な違いがないことが確認されています。特殊な CRI のうち、HCA 細胞 (CA、FA、PA) と N719 細胞では R9 と R12 が低い値を示しました。 R9 と R12 は、それぞれ飽和した赤と青のオブジェクトを表示する光源の能力に対応します。したがって、赤や青の色合いが主流の美術館や博物館で HCA 感作 DSSC や N719 細胞を使用する場合には、ある程度の注意が必要です。特に、FA、PA、および N719 細胞から透過した光は赤色のレンダリングが不十分であり、顕著に鈍くなりました (R9 ≤ 75)。したがって、組織や血液の色を正確に表現することが重要な医療分野では、これらのセルの使用は推奨されません。

私たちは、UVA光を選択的に吸収するヒドロキシ桂皮酸誘導体の分光学的、電気化学的、および比色特性を調査し、UV選択性および無色のDSSCの光増感剤としてのそれらの使用を検証しました。 DSSC は、AM 1.5G 照明 (100 mW/cm2) で 0.22 ～ 0.38%、UVA (365 nm、115.22 mW/cm2) で 3.40 ～ 3.62% の PCE を示し、対応する VLT は 49.07 ～ 43.72%、Ra は93-90。市販のヒドロキシ桂皮酸誘導体は、波長選択性と視覚的に透明な太陽電池の開発における応用の有望な候補です。私たちは現在、太陽光発電窓用のHCAを備えた低コストで大面積のDSSCを製造しており、パンクロマチックDSSC用の相補的な吸収スペクトルを持つUVおよびNIR吸収色素の共増感を研究しています。

3 つのヒドロキシ桂皮酸 (カフェ酸、フェルラ酸、および p-クマル酸) の理論計算は、Gaussian 09 ソフトウェアパッケージ 41 を使用して実行されました。 DFT 計算では、C、H、O、N 原子および LANL2DZ に設定された 6-31G(d,p) 基底を使用して、個々の分子および分子結合 TiO2 の基底状態の最適化構造が B3LYP レベル 42 で得られました。 Ti 原子の基底関数 43。 TDDFT 計算では、基底状態の最適化構造における下位 20 の遷移の垂直電子励起エネルギーと発振器強度が、CAM-B3LYP 汎関数と 6-311 + + G(d,p) 基底関数セットを使用して計算されました44。溶媒和効果 (エタノール、ε = 24.852) は、Tomasi の分極性連続体モデル (PCM) に基づく自己無撞着反応場 (SCRF) 法を使用して、基底状態と励起状態の両方について考慮されました 45。

コーヒー酸 (CA)、フェルラ酸 (FA)、p-クマリン酸 (PA)、およびその他の試薬は Merck から購入し、さらに精製せずに使用しました。

UV 吸収化合物の光物理的および電気化学的特性は、以前のプロトコルに従って決定されました6。紫外可視吸光度および透過率スペクトルは、UV-2600 240 V EN 分光光度計 (島津、日本) を使用して記録しました。ＣＶは、ポテンシオスタット／ガルバノスタットＢ２２１０４（ＣｏｍｐａｃｔＳｔａｔ．ｅ、ＩｖｉｕｍＴｅｃｈ．、オランダ）を使用して、１００ｍＶ／秒のスキャン速度で実施した。 Pt ディスク作用電極、Pt ワイヤ対極、および Ag/Ag+ 参照電極からなる 3 電極セルを使用しました。フェロセン/フェロセニウム (Fc/Fc+) カップルを外部参照として使用しました。溶液は、支持電解質として０．１Ｍ過塩素酸テトラブチルアンモニウム（ＴＢＡＰ）を含有する乾燥ＥｔＯＨを使用して調製した。電気化学データを記録する前に、溶液を窒素 (N2) ガスで 15 分間パージしました。

私たちの DSSC 製造手順は、以前のレポート 12、13、14、15 によって動機付けられました。透明で導電性のフッ素ドープ酸化スズ (FTO) ガラス基板 (TEC 7、ピルキントン、厚さ 2.2 mm、シート抵抗 = 8 Ω/sq) を、アセトン、2-プロパノール、脱イオン水で順番に洗浄し、その後ベーキングしました。ホットプレートで150℃、10分間。導電性基板を TiCl4 水溶液 (40 mM) で 75 °C で 30 分間前処理し、脱イオン水で数回リンスし、N2 ガス流下で乾燥させました。 TiO2 ペースト (Solaronix、Ti-Nanaxis T/SP) をガラス基板上にスクリーン印刷し、TiO2 光アノードの最終面積は 0.25 cm2 でした。スクリーン印刷されたフィルムは、マッフル炉 (KSL-1100X、MTI Corporation、米国) 内で 300 °C で 30 分間、続いて 575 °C で 1 時間焼結されました。室温 (約 20 °C) に冷却し、O2 プラズマを処理した後、TiO2 光アノードを TiCl4 水溶液 (40 mM) に 75 °C で 30 分間浸漬し、脱イオン水ですすぎ、その後 550 °C で加熱しました。ホットプレートで30分。次に、光アノードをそれぞれ CA、FA、PA の 0.5 M 色素含有 EtOH 溶液に 24 時間浸漬しました。色素濃度と浸漬時間は、太陽光発電性能を考慮して最適化されました（図S4）。対電極（CE）を準備するために、他の FTO ガラスに 2 つの穴を開けました。また、アセトン、2-プロパノール、脱イオン水で超音波洗浄し、150 °C で 10 分間焼き付けました。 2-プロパノール中の塩化白金酸 (H2PtCl6) 溶液を導電性基板上にスピンコートし、続いてマッフル炉内で 425 °C で 1 時間熱還元しました。 DSSC の場合、色素グラフト光アノードと Pt CE を厚さ 25 μm の熱可塑性フィルム (Surlyn™、Solaronix、スイス) で組み立て、加熱して密封しました。ヨウ化物ベースの液体電解質 (AN-50、Solaronix、スイス) を事前に開けた穴を通して注入し、厚さ 60 μm の熱可塑性フィルム (Surlyn™、Solaronix、スイス) とカバーガラスで密封しました。各色素の 5 つの DSSC が、光起電力測定と安定性テストのために製造されました。

DSSC の太陽光発電性能は、以前のプロトコルに従って評価されました6。光起電力パラメータは、標準照明条件（AM 1.5G、100 mW/cm2）下で太陽電池 I-V 測定システム（K3000 LAB、McScience、韓国）および 365 nm UV LED（MK3005P、TNE Tech Co.、 Ltd、韓国）。外部量子効率 (EQE) は、太陽電池 EQE テストシステム (K3100、McScience、韓国) を使用して DSSC のスペクトル応答を評価するために記録されました。電気化学インピーダンス分光法 (EIS) 測定は、周波数応答アナライザー (CompactStat.h、Ivium Tech、オランダ) を使用して実行されました。振幅 10 mV の正弦波変調 AC 電位を、バイアス電位ゼロで 0.1 Hz ～ 500 kHz の周波数範囲にわたって印加しました。暗闇および太陽照明下で記録されたスペクトルは、複雑な非線形最小二乗回帰ソフトウェア (ZView®、Scribner Associates Inc.、米国) に組み込まれた適切な等価回路モデルを使用して分析されました。安定性テストは、エージング後に太陽光発電とEISの測定を繰り返すことによって実施されました。

この研究中に生成または分析されたすべてのデータは、この公開された論文とその補足情報ファイルに含まれています。

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この研究は、韓国政府科学技術情報部（MSIT）の資金提供を受けた韓国国立研究財団（NRF）を通じた基礎科学研究プログラム（NRF-2021R1A2C2011893）、韓国エネルギー技術研究院からの助成金によって支援されました。韓国産業通商資源部 (MTIE) が資金提供する評価と計画 (KETEP) 助成金 (番号 20193020010440) および 2020 年の中央大学研究奨学金助成金。

中央大学校化学科、84 Heukseok-ro, Dongjak-gu, Soul, 06975, Republic of Korea

アラム・ディスタ・ウランサリ、ディニ・ハヤティ、ジョンイン・ホン

中央大学校スマートシティ学部、84 Heukseok-ro, Dongjak-gu, Soul, 06974, Republic of Korea

ダン・スアン・ロン＆ジョンイン・ホン

漢陽大学インテリア建築デザイン学科、222 Wangsimni-ro, Seongdong-gu, Soul, 04763, Republic of Korea

チェ・ギョンア

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ADW: 実験、デバイスの製造、検証、形式的な分析、原案の作成。 DH: 理論計算、検証、形式分析、原案作成。 DXL: デバイスの製造、調査、視覚化、執筆、レビュー、編集。 KC: カラー分析、ビジュアライゼーション、ライティング - オリジナルドラフト。 JHの構想、監督、プロジェクト管理、資金調達、執筆、レビュー、編集。

Kyungah Choi または Jongin Hon への通信。

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転載と許可

Wulansari、AD、Hayati、D.、Long、DX 他。 UV選択性で可視透明な色素増感太陽電池用のヒドロキシ桂皮酸誘導体。 Sci Rep 13、3235 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41598-022-17236-6

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受信日: 2022 年 2 月 13 日

受理日: 2022 年 7 月 22 日

公開日: 2023 年 2 月 24 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-17236-6

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