Ricercatori danesi riferiscono che il trattamento di celle solari organiche basate su accettori non fullerenici con vitamina C fornisce un'attività antiossidante che attenua i processi degradativi derivanti dall'esposizione a calore, luce e 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 dell'energia per le celle solari organiche (OPV) realizzate conaccettore non fullerenico (NFA)materiali con miglioramenti della 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 di elettroni (ETL) di ossido di zinco (ZnO) e lo strato fotoattivo nelle celle NFA OPV realizzate con una pila di strati di dispositivi invertiti e un polimero semiconduttore (PBDB-T:IT-4F).
Gli scienziati hanno costruito la cella con uno strato di ossido di indio e stagno (ITO), l'ETL di ZnO, lo strato di vitamina C, l'assorbitore PBDB-T:IT-4F, uno strato selettivo del trasportatore di ossido di molibdeno (MoOx) e un contatto metallico d'argento (Ag).
Il gruppo ha scoperto che l'acido ascorbico produce un effetto fotostabilizzante, segnalando che l'attività antiossidante attenua i processi degradativi derivanti dall'esposizione a ossigeno, luce e calore. Test come l'assorbimento ultravioletto-visibile, la spettroscopia di impedenza e le misurazioni di tensione e corrente fotodipendenti hanno inoltre rivelato che la vitamina C riduce il fotosbiancamento delle molecole di NFA e ne sopprime la ricombinazione di carica, come riportato nella ricerca.
La loro analisi ha dimostrato che, dopo 96 ore di fotodegradazione continua sotto 1 sole, i dispositivi incapsulati contenenti l'interstrato di vitamina C hanno mantenuto il 62% del loro valore originale, mentre i dispositivi di riferimento ne hanno mantenuto solo il 36%.
I risultati hanno inoltre dimostrato che i miglioramenti in termini di stabilità non hanno comportato un calo 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, privi di 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 l'Centro per il fotovoltaico avanzato e i dispositivi energetici a film sottile (SDU CAPE), ha dichiarato alla rivista pv magazine: "I nostri dispositivi in questo esperimento erano da 2,8 mm2 e 6,6 mm2, ma possono essere ampliati nel nostro laboratorio roll-to-roll presso SDU CAPE, dove fabbrichiamo regolarmente anche moduli OPV".
Ha sottolineato che il metodo di produzione può essere adattato a diverse esigenze, evidenziando che lo strato interfacciale è un "composto economico che è solubile nei solventi comuni, quindi può essere utilizzato in un processo di rivestimento roll-to-roll come il resto degli strati" in una cella OPV.
Engmann vede il potenziale degli additivi, oltre all'OPV, in altre tecnologie di celle di terza generazione, come le celle solari a perovskite e le celle solari a colorante (DSSC). "Altre tecnologie basate su semiconduttori organici/ibridi, come le DSSC e le celle solari a perovskite, presentano problemi di stabilità simili a quelli delle celle solari organiche, quindi è molto probabile che possano contribuire a risolvere anche i problemi di stabilità di queste tecnologie", ha affermato.
La cellula è stata presentata nell'articolo "Vitamina C per celle solari organiche fotostabili non basate su accettori di fullerene,” pubblicato inInterfacce dei materiali applicati ACS.Il primo autore dell'articolo è Sambathkumar Balasubramanian del CAPE della SDU. Il team comprendeva ricercatori della SDU e della Rey Juan Carlos University.
Guardando al futuro, il team ha in programma ulteriori ricerche su approcci di stabilizzazione che utilizzano antiossidanti naturali. "In futuro, continueremo a studiare in questa direzione", ha affermato Engmann, riferendosi alla promettente ricerca su una nuova classe di antiossidanti.
Data di pubblicazione: 10-lug-2023