Ricercatori danesi riferiscono che il trattamento di celle solari organiche basate su accettori non fullerenici con vitamina C fornisce un'attività antiossidante che allevia i processi degradativi derivanti dall'esposizione al calore, alla luce e all'ossigeno. La cella ha raggiunto un'efficienza di conversione di potenza del 9,97%, una tensione a circuito aperto di 0,69 V, una densità di corrente di cortocircuito di 21,57 mA/cm2 e un fattore di riempimento del 66%.
Un team di ricercatori dell’Università della Danimarca meridionale (SDU) ha cercato di eguagliare i progressi compiuti nell’efficienza di conversione di potenza per le celle solari organiche (OPV) realizzate conaccettore non fullerenico (NFA)materiali con miglioramenti di stabilità.
Il team ha selezionato l'acido ascorbico, comunemente noto come vitamina C, e lo ha utilizzato come strato di passivazione tra uno strato di trasporto degli elettroni (ETL) di ossido di zinco (ZnO) e lo strato fotoattivo delle cellule OPV NFA fabbricate con una pila di strati del dispositivo invertita e un polimero semiconduttore (PBDB-T:IT-4F).
Gli scienziati hanno costruito la cellula con uno strato di ossido di indio-stagno (ITO), ZnO ETL, lo strato di vitamina C, l'assorbitore PBDB-T:IT-4F, uno strato selettivo per il trasportatore di ossido di molibdeno (MoOx) e uno strato di argento (Ag). ) contatto metallico.
Il gruppo ha scoperto che l'acido ascorbico produce un effetto fotostabilizzante, riferendo che l'attività antiossidante allevia i processi degradativi derivanti dall'esposizione all'ossigeno, alla luce e al calore. Test, come l'assorbimento ultravioletto-visibile, la spettroscopia di impedenza, le misurazioni di tensione e corrente dipendenti dalla luce, hanno anche rivelato che la vitamina C riduce il fotosbiancamento delle molecole NFA e sopprime la ricombinazione di carica, ha osservato la ricerca.
La loro analisi ha mostrato che, dopo 96 ore di fotodegradazione continua sotto 1 sole, i dispositivi incapsulati contenenti lo strato intermedio di vitamina C conservavano il 62% del loro valore originale, mentre i dispositivi di riferimento conservavano solo il 36%.
I risultati hanno anche mostrato che i guadagni di stabilità non sono andati a scapito dell’efficienza. Il dispositivo campione ha raggiunto un'efficienza di conversione di potenza del 9,97%, una tensione a circuito aperto di 0,69 V, una densità di corrente di cortocircuito di 21,57 mA/cm2 e un fattore di riempimento del 66%. I dispositivi di riferimento non contenenti vitamina C hanno mostrato un'efficienza del 9,85%, una tensione a circuito aperto di 0,68 V, una corrente di cortocircuito di 21,02 mA/cm2 e un fattore di riempimento del 68%.
Alla domanda sul potenziale di commercializzazione e sulla scalabilità, Vida Engmann, a capo di un gruppo presso ilCentro per il fotovoltaico avanzato e i dispositivi energetici a film sottile (SDU CAPE), ha dichiarato alla rivista pv: "I nostri dispositivi in questo esperimento erano di 2,8 mm2 e 6,6 mm2, ma possono essere ingranditi nel nostro laboratorio roll-to-roll presso SDU CAPE, dove produciamo regolarmente anche moduli OPV".
Ha sottolineato che il metodo di produzione può essere scalato, sottolineando che lo strato interfacciale è un “composto economico solubile nei normali solventi, quindi può essere utilizzato in un processo di rivestimento roll-to-roll come il resto degli strati” in una cellula OPV.
Engmann vede il potenziale per additivi oltre l'OPV in altre tecnologie cellulari di terza generazione, come le celle solari alla perovskite e le celle solari sensibilizzate con coloranti (DSSC). “Altre tecnologie basate su semiconduttori organici/ibridi, come le celle solari DSSC e perovskite, hanno problemi di stabilità simili a quelle delle celle solari organiche, quindi ci sono buone probabilità che possano contribuire a risolvere i problemi di stabilità anche in queste tecnologie”, ha affermato.
La cellula è stata presentata nel giornale “Vitamina C per celle solari organiche fotostabili non basate su accettori di fullereni", pubblicato inInterfacce dei materiali applicati ACS.Il primo autore dell'articolo è Sambathkumar Balasubramanian di SDU CAPE. Il team comprendeva ricercatori della SDU e dell'Università Rey Juan Carlos.
Guardando al futuro, il team ha in programma ulteriori ricerche sugli approcci di stabilizzazione utilizzando antiossidanti naturali. "In futuro continueremo a indagare in questa direzione", ha affermato Engmann riferendosi alla promettente ricerca su una nuova classe di antiossidanti.
Orario di pubblicazione: 10 luglio 2023