Deense onderzoekers melden dat de behandeling van niet-fullereen-acceptor-gebaseerde organische zonnecellen met vitamine C een antioxiderende activiteit oplevert die de afbraakprocessen verlicht die voortkomen uit blootstelling aan hitte, licht en zuurstof. De cel behaalde een energieomzettingsrendement van 9,97%, een nullastspanning van 0,69 V, een kortsluitstroomdichtheid van 21,57 mA/cm2 en een vulfactor van 66%.
Een team van onderzoekers van de Universiteit van Zuid-Denemarken (SDU) probeerde de vooruitgang te evenaren die wordt geboekt op het gebied van de efficiëntie van de energieomzetting voor organische zonnecellen (OPV), gemaakt metniet-fullereenacceptor (NFA)materialen met stabiliteitsverbeteringen.
Het team selecteerde ascorbinezuur, algemeen bekend als vitamine C, en gebruikte het als een passivatielaag tussen een zinkoxide (ZnO) elektronentransportlaag (ETL) en de fotoactieve laag van NFA OPV-cellen vervaardigd met een omgekeerde apparaatlaagstapel en een halfgeleidend polymeer (PBDB-T:IT-4F).
De wetenschappers bouwden de cel met een indiumtinoxide (ITO) laag, de ZnO ETL, de vitamine C laag, de PBDB-T:IT-4F absorber, een molybdeenoxide (MoOx) dragerselectieve laag en een zilver (Ag ) metalen contact.
De groep ontdekte dat het ascorbinezuur een fotostabiliserend effect produceert, en meldde dat de antioxiderende activiteit de afbraakprocessen verlicht die voortkomen uit blootstelling aan zuurstof, licht en hitte. Tests, zoals ultraviolet-zichtbare absorptie, impedantiespectroscopie en lichtafhankelijke spannings- en stroommetingen, hebben ook aangetoond dat vitamine C de fotobleking van NFA-moleculen vermindert en de ladingsrecombinatie onderdrukt, aldus het onderzoek.
Uit hun analyse bleek dat, na 96 uur continue fotodegradatie onder 1 zon, de ingekapselde apparaten met de vitamine C-tussenlaag 62% van hun oorspronkelijke waarde behielden, terwijl de referentie-apparaten slechts 36% behielden.
Uit de resultaten bleek ook dat de stabiliteitswinst niet ten koste ging van de efficiëntie. Het kampioensapparaat behaalde een energieconversie-efficiëntie van 9,97%, een nullastspanning van 0,69 V, een kortsluitstroomdichtheid van 21,57 mA/cm2 en een vulfactor van 66%. De referentieapparaten die geen vitamine C bevatten, vertoonden een efficiëntie van 9,85%, een nullastspanning van 0,68V, een kortsluitstroom van 21,02 mA/cm2 en een vulfactor van 68%.
Toen hem werd gevraagd naar het commercialiseringspotentieel en de schaalbaarheid, zei Vida Engmann, die leiding geeft aan een groep bij deCentrum voor geavanceerde fotovoltaïsche energie en dunnefilmenergie-apparaten (SDU CAPE), vertelde pv magazine: “Onze apparaten in dit experiment waren 2,8 mm2 en 6,6 mm2, maar kunnen worden opgeschaald in ons roll-to-roll-lab bij SDU CAPE, waar we ook regelmatig OPV-modules fabriceren.”
Ze benadrukte dat de productiemethode kan worden geschaald en wijst erop dat de grenslaag een “goedkope verbinding is die oplosbaar is in gebruikelijke oplosmiddelen, zodat deze kan worden gebruikt in een roll-to-roll coatingproces, net als de rest van de lagen” in een OPV-cel.
Engmann ziet potentieel voor additieven die verder gaan dan OPV in andere celtechnologieën van de derde generatie, zoals perovskietzonnecellen en kleurstof-gesensibiliseerde zonnecellen (DSSC). “Andere op organische/hybride halfgeleiders gebaseerde technologieën, zoals DSSC en perovskietzonnecellen, hebben vergelijkbare stabiliteitsproblemen als organische zonnecellen, dus de kans is groot dat ze ook kunnen bijdragen aan het oplossen van stabiliteitsproblemen in deze technologieën”, aldus ze.
De cel werd gepresenteerd in de krant “Vitamine C voor fotostabiele, niet-fullereen-acceptor-gebaseerde organische zonnecellen”, gepubliceerd inACS toegepaste materiaalinterfaces.De eerste auteur van het artikel is Sambathkumar Balasubramanian van SDU CAPE. Het team bestond uit onderzoekers van SDU en Rey Juan Carlos University.
Vooruitkijkend heeft het team plannen voor verder onderzoek naar stabilisatiebenaderingen met behulp van natuurlijk voorkomende antioxidanten. “In de toekomst zullen we het onderzoek in deze richting voortzetten”, zei Engmann, verwijzend naar veelbelovend onderzoek naar een nieuwe klasse antioxidanten.
Posttijd: 10 juli 2023