적양파염료로 처리한 나노셀룰로오스는 태양전지에 효과적인 자외선 차단 기능을 제공한다

핀란드 투르쿠 대학의 연구원들은 생물 기반 재료를 사용하여 태양 전지에 효과적인 자외선 차단 필름을 생산하는 방법을 조사했습니다. 이 연구는 다양한 생물 기반 자외선 필터의 특성이 시간이 지남에 따라 어떻게 변하는지 비교한 최초의 연구였습니다.

태양전지는 자외선으로 인한 성능 저하를 겪기 쉽고, 대부분 석유 기반 필름, 예를 들어 폴리비닐플루오라이드(PVF)나 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 만든 필름을 사용하여 보호합니다.

재료 공학 연구는 바이오 기반 재료에서 석유 기반 플라스틱의 대안을 찾고자 하는데, 그 중 하나가 나노셀룰로오스입니다. 나노셀룰로오스는 셀룰로오스를 나노스케일 섬유로 분해하여 만든 다음, 다양한 방법으로 처리하여 UV 차단 효과를 얻을 수 있습니다.

핀란드의 투르쿠 대학교와 알토 대학교, 네덜란드의 바게닝겐 대학교가 실시한 최근 ​​연구에 따르면, 붉은 양파 껍질 추출물로 염색한 나노셀룰로오스는 매우 효과적인 자외선 차단 효과를 제공하는 것으로 나타났습니다. 나노셀룰로오스 필름은 최대 400나노미터의 자외선을 99.9% 차단했습니다. 이 자외선 필터는 시장 표준을 나타내기 위해 연구에 선택된 상업용 PET 기반 자외선 필터보다 성능이 뛰어났습니다.

"적양파 염료로 처리한 나노셀룰로스 필름은 보호 재료가 생물 기반이어야 하는 응용 분야에서 유망한 옵션입니다."라고 투르쿠 대학교의 박사 연구원인 루스템 니자모프가 말했습니다.

이 연구는 셀룰로스 나노섬유로 만든 네 가지 유형의 보호 필름의 내구성과 특성을 비교했습니다. 나노셀룰로스 필름은 각각 적양파 추출물, 리그닌 및 철 이온으로 처리되었으며, 모두 이전 연구에서 우수한 자외선 차단 능력을 가진 것으로 밝혀졌습니다. 적양파 추출물로 처리한 필름은 자외선 차단에 가장 효율적인 것으로 입증되었습니다.

가시광선의 전송 보존

자외선(400nm 이하)은 태양 전지에 해롭지만, 가시광선과 일부 적외선(특히 700~1,200nm)도 투과시키는 것이 중요한데, 이는 태양 전지가 이 자외선을 전기로 바꾸기 때문입니다.

생물 기반 소재를 개발하는 데는 종종 가시광선 영역에서 자외선 차단과 빛 투과율 간의 균형이 필요합니다. 예를 들어, 자외선 흡수 특성으로 알려진 천연 폴리머인 리그닌은 짙은 갈색을 띠어 투명 필름에서의 사용이 제한됩니다.

붉은 양파 염료로 처리한 필름은 흥미로운 솔루션으로 입증되었으며, 더 긴 파장(650~1,100나노미터)에서 80%의 광 투과율을 초과했습니다. 이 필름은 또한 긴 테스트 기간 동안 성능을 유지했습니다.

필터의 내구성과 성능은 인공 조명에서 1,000시간 동안 테스트되었는데, 이는 중부 유럽 기후에서 야외에서 약 1년 동안의 햇빛과 같습니다. 필터 소재와 태양 전지의 시각적 변화는 디지털 사진을 사용하여 모니터링했습니다.

"이 연구는 다른 생물 기반 필터의 UV 보호 및 빛 투과율이 시간이 지남에 따라 크게 변했기 때문에 UV 필터에 대한 장기 테스트의 중요성을 강조했습니다. 예를 들어, 철 이온으로 처리한 필름은 초기 투과율이 좋았지만 노화 후에는 감소했습니다."라고 Nizamov가 말합니다.

UV 필터 필름은 염료 감응형 태양 전지에서 테스트되었습니다. 염료 감응형 태양 전지는 UV 복사에 의한 마모에 특히 취약하기 때문입니다.

니자모프는 "이러한 결과는 페로브스카이트 및 유기 태양 전지를 포함한 다른 유형의 태양 전지의 UV 보호와 생물 기반 UV 필터의 사용이 가장 중요한 모든 응용 분야에도 관련이 있습니다."라고 말했습니다.

앞으로 연구진의 비전은 생분해성이고 식품 포장재 등에 사용되는 센서의 전원으로 사용될 수 있는 태양 전지 유형을 개발하는 것입니다.

"임업 산업은 새로운 고급 제품 개발에 관심이 있습니다. 전자 분야에서는 태양 전지의 구성 요소도 될 수 있습니다." 재료 공학 교수인 카티 미에투넨이 말했습니다.

투르쿠 대학교의 태양 에너지 재료 및 시스템(SEMS) 연구 그룹은 태양 에너지와 태양 에너지 시스템을 에너지 시스템에 통합하는 것을 연구하고 있습니다. 이 연구는 핀란드 연구 위원회에서 자금을 지원한 BioEST 프로젝트의 일부였습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/03/250319143203.htm