Deense onderzoekers melden dat de behandeling van organische zonnecellen zonder fullereenacceptor met vitamine C een antioxiderende werking heeft die de afbraakprocessen veroorzaakt door blootstelling aan hitte, licht en zuurstof verlicht. De cel behaalde een energieomzettingsrendement van 9,97%, een open-circuitspanning 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 werd geboekt op het gebied van de omzettingsefficiëntie van organische zonnecellen (OPV) die werden gemaakt metniet-fullereenacceptor (NFA)materialen met stabiliteitsverbeteringen.
Het team selecteerde ascorbinezuur, beter bekend als vitamine C, en gebruikte het als een passiveringslaag tussen een zinkoxide (ZnO) elektronentransportlaag (ETL) en de fotoactieve laag van NFA OPV-cellen, gefabriceerd 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)-metaalcontact.
De groep ontdekte dat ascorbinezuur een fotostabiliserend effect heeft en rapporteerde dat de antioxiderende werking de afbraakprocessen verlicht die voortkomen uit blootstelling aan zuurstof, licht en hitte. Tests, zoals ultraviolet-zichtbare absorptie, impedantiespectroscopie en lichtafhankelijke spannings- en stroommetingen, toonden ook aan dat vitamine C de fotobleking van NFA-moleculen vermindert en de ladingsrecombinatie onderdrukt, aldus het onderzoek.
Uit hun analyse bleek dat de ingekapselde apparaten met de vitamine C-tussenlaag na 96 uur continue fotodegradatie onder 1 zon nog 62% van hun oorspronkelijke waarde behielden, terwijl de referentieapparaten nog maar 36% behielden.
De resultaten toonden ook aan dat de stabiliteitswinst niet ten koste ging van de efficiëntie. Het topmodel behaalde een vermogensomzettingsrendement van 9,97%, een openklemspanning van 0,69 V, een kortsluitstroomdichtheid van 21,57 mA/cm² en een vulfactor van 66%. De referentiemodellen zonder vitamine C vertoonden een rendement van 9,85%, een openklemspanning van 0,68 V, een kortsluitstroom van 21,02 mA/cm² en een vulfactor van 68%.
Op de vraag naar het commercialiseringspotentieel en de schaalbaarheid antwoordde Vida Engmann, die leiding geeft aan een groep bij deCentrum voor geavanceerde fotovoltaïsche en dunne-film-energie-apparaten (SDU CAPE)vertelde aan 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 schaalbaar is en wees erop dat de grenslaag een "goedkope verbinding is die oplosbaar is in gebruikelijke oplosmiddelen, zodat deze net als de rest van de lagen kan worden gebruikt in een rol-naar-rol coatingproces" in een OPV-cel.
Engmann ziet potentieel voor additieven die verder gaan dan OPV in andere celtechnologieën van de derde generatie, zoals perovskiet-zonnecellen en kleurstofgevoelige zonnecellen (DSSC). "Andere organische/hybride halfgeleidertechnologieën, zoals DSSC en perovskiet-zonnecellen, hebben vergelijkbare stabiliteitsproblemen als organische zonnecellen, dus er is een goede kans dat ze ook in deze technologieën kunnen bijdragen aan het oplossen van stabiliteitsproblemen", aldus haar.
De cel werd gepresenteerd in het artikel “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 de Rey Juan Carlos Universiteit.
Vooruitkijkend heeft het team plannen voor verder onderzoek naar stabilisatiemethoden met behulp van natuurlijk voorkomende antioxidanten. "In de toekomst zullen we in deze richting verder onderzoek doen", aldus Engmann, verwijzend naar veelbelovend onderzoek naar een nieuwe klasse antioxidanten.
Plaatsingstijd: 10 juli 2023