Датські дослідники повідомляють, що обробка органічних сонячних елементів на основі неакцепторів фуллерену вітаміном С забезпечує антиоксидантну дію, яка пом’якшує деградаційні процеси, що виникають під впливом тепла, світла та кисню. Комірка досягла ефективності перетворення потужності 9,97 %, напруги холостого ходу 0,69 В, щільності струму короткого замикання 21,57 мА/см2 і коефіцієнта заповнення 66 %.
Команда дослідників з Університету Південної Данії (SDU) прагнула відповідати прогресу, досягнутому в ефективності перетворення електроенергії для органічних сонячних елементів (OPV), виготовлених за допомогоюнефулереновий акцептор (NFA)матеріали з покращеною стабільністю.
Команда вибрала аскорбінову кислоту, широко відому як вітамін С, і використала її як пасивуючий шар між шаром транспортування електронів (ETL) оксиду цинку (ZnO) і фотоактивним шаром клітин NFA OPV, виготовлених за допомогою стека інвертованих пристроїв і напівпровідникового полімеру (PBDB-T:IT-4F).
Вчені побудували комірку з шаром оксиду індію і олова (ITO), ZnO ETL, шаром вітаміну С, поглиначем PBDB-T:IT-4F, шаром із вибірковим носієм оксиду молібдену (MoOx) і металевим контактом зі срібла (Ag).
Група виявила, що аскорбінова кислота виробляє фотостабілізуючий ефект, повідомляючи, що антиоксидантна активність пом'якшує деградаційні процеси, що виникають під впливом кисню, світла та тепла. Тести, такі як поглинання в ультрафіолетовому діапазоні, спектроскопія імпедансу, світлозалежні вимірювання напруги та струму, також показали, що вітамін С зменшує фотовідбілювання молекул NFA та пригнічує рекомбінацію заряду, зазначається в дослідженні.
Їхній аналіз показав, що після 96 годин безперервної фотодеградації під 1 сонцем інкапсульовані пристрої, що містять проміжний шар вітаміну С, зберегли 62% від початкової вартості, а еталонні пристрої зберегли лише 36%.
Результати також показали, що підвищення стабільності не відбулося за рахунок ефективності. Пристрій-чемпіон досяг ефективності перетворення потужності 9,97 %, напруги холостого ходу 0,69 В, щільності струму короткого замикання 21,57 мА/см2 і коефіцієнта заповнення 66 %. Еталонні пристрої, що не містять вітаміну С, продемонстрували ефективність 9,85 %, напругу холостого ходу 0,68 В, струм короткого замикання 21,02 мА/см2 і коефіцієнт заповнення 68 %.
На запитання про потенціал комерціалізації та масштабованість Віда Енгманн, яка очолює групу вЦентр передової фотоелектричної техніки та тонкоплівкових енергетичних пристроїв (SDU CAPE), сказав журналу pv: «Наші пристрої в цьому експерименті мали 2,8 мм2 і 6,6 мм2, але їх можна збільшити в нашій лабораторії SDU CAPE, де ми також регулярно виготовляємо модулі OPV».
Вона підкреслила, що метод виробництва можна масштабувати, вказавши, що міжфазний шар — це «недорога сполука, яка розчиняється у звичайних розчинниках, тому її можна використовувати в процесі нанесення покриття з рулону на рулон, як і інші шари» в камері OPV.
Крім OPV, Енгманн бачить потенціал для добавок в інших технологіях клітин третього покоління, таких як перовскітні сонячні батареї та сенсибілізовані до барвника сонячні батареї (DSSC). «Інші технології на основі органічних/гібридних напівпровідників, такі як DSSC і перовскітні сонячні батареї, мають подібні проблеми зі стабільністю, як і органічні сонячні батареї, тому є хороший шанс, що вони також можуть сприяти вирішенню проблем стабільності в цих технологіях», — заявила вона.
Осередок був представлений у статті «Вітамін С для фотостабільних органічних сонячних елементів на основі нефулеренових акцепторів”, опублікована вІнтерфейси прикладних матеріалів ACS.Першим автором статті є Самбаткумар Баласубраманян з SDU CAPE. До команди увійшли дослідники з SDU та Університету короля Хуана Карлоса.
Заглядаючи на майбутнє, у команди є плани щодо подальших досліджень підходів до стабілізації з використанням природних антиоксидантів. «У майбутньому ми збираємося продовжувати дослідження в цьому напрямку», — сказав Енгманн, маючи на увазі багатообіцяючі дослідження нового класу антиоксидантів.
Час публікації: 10 липня 2023 р