Leczenie witaminą C poprawia stabilność odwróconych organicznych ogniw słonecznych

Zespół naukowców z Uniwersytetu Południowej Danii (SDU) starał się dopasować postępy w wydajności konwersji energii w organicznych ogniwach słonecznych (OPV) wytwarzanych przy użyciuakceptor niefulerenowy (NFA)materiałów o zwiększonej stabilności.

Zespół wybrał kwas askorbinowy, powszechnie znany jako witamina C, i zastosował go jako warstwę pasywacyjną pomiędzy warstwą transportującą elektrony (ETL) tlenku cynku (ZnO) a warstwą fotoaktywną w ogniwach NFA OPV wytworzonych z odwróconym stosem warstw urządzenia i polimer półprzewodnikowy (PBDB-T:IT-4F).

Naukowcy zbudowali ogniwo z warstwy tlenku indu i cyny (ITO), warstwy ZnO ETL, warstwy witaminy C, absorbera PBDB-T:IT-4F, warstwy selektywnej nośnika z tlenku molibdenu (MoOx) i srebra (Ag ) metalowy styk.

Grupa odkryła, że ​​kwas askorbinowy ma działanie fotostabilizujące, stwierdzając, że działanie przeciwutleniające łagodzi procesy degradacyjne wynikające z ekspozycji na tlen, światło i ciepło. Badania, takie jak absorpcja w zakresie widzialnym w ultrafiolecie, spektroskopia impedancyjna, pomiary napięcia i prądu zależnego od światła, również wykazały, że witamina C zmniejsza fotowybielanie cząsteczek NFA i hamuje rekombinację ładunku – zauważają badania.

Ich analiza wykazała, że ​​po 96 godzinach ciągłej fotodegradacji pod wpływem 1 słońca kapsułkowane urządzenia zawierające międzywarstwę witaminy C zachowały 62% swojej pierwotnej wartości, podczas gdy urządzenia referencyjne zachowały tylko 36%.

Wyniki pokazały również, że wzrost stabilności nie nastąpił kosztem wydajności. Urządzenie mistrzowskie osiągnęło sprawność konwersji mocy na poziomie 9,97%, napięcie w obwodzie otwartym na poziomie 0,69 V, gęstość prądu zwarciowego na poziomie 21,57 mA/cm2 i współczynnik wypełnienia na poziomie 66%. Urządzenia referencyjne nie zawierające witaminy C charakteryzowały się sprawnością 9,85%, napięciem jałowym 0,68V, prądem zwarciowym 21,02 mA/cm2 i współczynnikiem wypełnienia 68%.

Zapytana o potencjał komercjalizacji i skalowalność, Vida Engmann, która kieruje grupą wCentrum Zaawansowanej Fotowoltaiki i Cienkowarstwowych Urządzeń Energetycznych (SDU CAPE), powiedział magazynowi pv: „Nasze urządzenia biorące udział w tym eksperymencie miały przekroje 2,8 mm2 i 6,6 mm2, ale można je zwiększyć w naszym laboratorium typu roll-to-roll w SDU CAPE, gdzie regularnie produkujemy również moduły OPV”.

Podkreśliła, że ​​metodę wytwarzania można skalować, wskazując, że warstwa międzyfazowa jest „niedrogim związkiem, który jest rozpuszczalny w zwykłych rozpuszczalnikach, dzięki czemu może być stosowana w procesie powlekania typu roll-to-roll, podobnie jak pozostałe warstwy” w komórka OPV.

Engmann widzi potencjał dodatków innych niż OPV w innych technologiach ogniw trzeciej generacji, takich jak perowskitowe ogniwa słoneczne i ogniwa słoneczne uczulane barwnikiem (DSSC). „Inne technologie oparte na półprzewodnikach organicznych/hybrydowych, takie jak DSSC i perowskitowe ogniwa słoneczne, mają podobne problemy ze stabilnością jak organiczne ogniwa słoneczne, więc istnieje duża szansa, że ​​mogą przyczynić się do rozwiązania problemów ze stabilnością również w tych technologiach” – stwierdziła.

Komórka została zaprezentowana w artykule „Witamina C dla fotostabilnych organicznych ogniw słonecznych nie zawierających akceptorów fulerenów”, opublikowane wInterfejsy materiałów stosowanych ACS.Pierwszym autorem artykułu jest Sambathkumar Balasubramanian z SDU CAPE. W skład zespołu weszli naukowcy z SDU i Uniwersytetu Rey Juana Carlosa.

Patrząc w przyszłość, zespół planuje dalsze badania nad metodami stabilizacji przy użyciu naturalnie występujących przeciwutleniaczy. „W przyszłości będziemy kontynuować badania w tym kierunku” – powiedział Engmann, odnosząc się do obiecujących badań nad nową klasą przeciwutleniaczy.