Датские исследователи сообщают, что обработка органических солнечных элементов на основе нефуллереновых акцепторов витамином С обеспечивает антиоксидантную активность, которая облегчает деградационные процессы, возникающие под воздействием тепла, света и кислорода. Ячейка достигла эффективности преобразования энергии 9,97 %, напряжения холостого хода 0,69 В, плотности тока короткого замыкания 21,57 мА/см2 и коэффициента заполнения 66%.
Команда исследователей из Университета Южной Дании (SDU) стремилась сравнить достижения в области эффективности преобразования энергии с органическими солнечными элементами (OPV), полученными с помощьюнефуллереновый акцептор (NFA)материалы с улучшенной стабильностью.
Команда выбрала аскорбиновую кислоту, широко известную как витамин С, и использовала ее в качестве пассивирующего слоя между слоем переноса электронов (ETL) оксида цинка (ZnO) и фотоактивным слоем в клетках NFA OPV, изготовленных с использованием стопки слоев инвертированного устройства и полупроводниковый полимер (ПБДБ-Т:ИТ-4Ф).
Ученые построили элемент со слоем оксида индия и олова (ITO), слоем ZnO ETL, слоем витамина С, поглотителем PBDB-T: IT-4F, слоем селективного носителя оксида молибдена (MoOx) и слоем серебра (Ag). ) металлический контакт.
Группа обнаружила, что аскорбиновая кислота оказывает фотостабилизирующее действие, сообщив, что антиоксидантная активность облегчает деградационные процессы, возникающие под воздействием кислорода, света и тепла. Исследования, такие как поглощение ультрафиолетового и видимого диапазона, импедансная спектроскопия, светозависимые измерения напряжения и тока, также показали, что витамин С уменьшает фотообесцвечивание молекул NFA и подавляет рекомбинацию заряда, отмечается в исследовании.
Их анализ показал, что после 96 часов непрерывного фотодеградации под 1 Солнцем инкапсулированные устройства, содержащие промежуточный слой витамина С, сохранили 62% своего первоначального значения, а эталонные устройства сохранили только 36%.
Результаты также показали, что повышение стабильности не достигается за счет эффективности. Чемпионское устройство достигло эффективности преобразования мощности 9,97 %, напряжения холостого хода 0,69 В, плотности тока короткого замыкания 21,57 мА/см2 и коэффициента заполнения 66 %. Эталонные устройства, не содержащие витамина С, показали КПД 9,85 %, напряжение холостого хода 0,68 В, ток короткого замыкания 21,02 мА/см2 и коэффициент заполнения 68 %.
Отвечая на вопрос о потенциале коммерциализации и масштабируемости, Вида Энгманн, возглавляющая группу вЦентр передовой фотоэлектрической энергии и тонкопленочных энергетических устройств (SDU CAPE), рассказал журналу pv: «Наши устройства в этом эксперименте имели площадь 2,8 мм2 и 6,6 мм2, но их можно масштабировать в нашей рулонной лаборатории в SDU CAPE, где мы также регулярно производим модули OPV».
Она подчеркнула, что метод производства можно масштабировать, отметив, что межфазный слой представляет собой «недорогой состав, растворимый в обычных растворителях, поэтому его можно использовать в процессе нанесения покрытия с рулона на рулон, как и остальные слои» в ячейка ОПВ.
Энгманн видит потенциал для добавок помимо OPV в других технологиях элементов третьего поколения, таких как перовскитные солнечные элементы и сенсибилизированные красителем солнечные элементы (DSSC). «Другие технологии на основе органических/гибридных полупроводников, такие как DSSC и перовскитные солнечные элементы, имеют те же проблемы со стабильностью, что и органические солнечные элементы, поэтому есть большая вероятность, что они также могут внести свой вклад в решение проблем стабильности в этих технологиях», — заявила она.
Ячейка была представлена в статье «Витамин С для фотостабильных органических солнечных элементов на основе нефуллереновых акцепторов», опубликованный вИнтерфейсы прикладных материалов ACS.Первым автором статьи является Самбаткумар Баласубраманян из SDU CAPE. В команду вошли исследователи из SDU и Университета Рей Хуана Карлоса.
Заглядывая в будущее, команда планирует дальнейшие исследования подходов к стабилизации с использованием природных антиоксидантов. «В будущем мы собираемся продолжить исследования в этом направлении», — сказал Энгманн, имея в виду многообещающие исследования нового класса антиоксидантов.
Время публикации: 10 июля 2023 г.