Датские исследователи сообщают, что обработка органических солнечных элементов на основе акцепторов нефуллеренов витамином С обеспечивает антиоксидантную активность, которая смягчает 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%.
Группа исследователей из Университета Южной Дании (SDU) стремилась сравнить достижения в области эффективности преобразования энергии для органических солнечных элементов (OPV), достигнутые снефуллереновый акцептор (НФА)материалы с улучшенной стабильностью.
Группа выбрала аскорбиновую кислоту, широко известную как витамин С, и использовала ее в качестве пассивирующего слоя между слоем переноса электронов (ETL) из оксида цинка (ZnO) и фотоактивным слоем в ячейках NFA OPV, изготовленных с использованием стека инвертированных слоев устройств и полупроводникового полимера (PBDB-T:IT-4F).
Ученые создали ячейку со слоем оксида индия и олова (ITO), ETL ZnO, слоем витамина С, поглотителем PBDB-T:IT-4F, селективным к носителю слоем оксида молибдена (MoOx) и металлическим контактом из серебра (Ag).
Группа обнаружила, что аскорбиновая кислота оказывает фотостабилизирующее действие, сообщая, что антиоксидантная активность смягчает деградационные процессы, возникающие под воздействием кислорода, света и тепла. Тесты, такие как поглощение в ультрафиолетовом и видимом диапазонах, импедансная спектроскопия, измерения напряжения и тока, зависящие от света, также показали, что витамин С снижает фотообесцвечивание молекул NFA и подавляет рекомбинацию зарядов, отмечается в исследовании.
Их анализ показал, что после 96 часов непрерывной фотодеградации под воздействием 1 Солнца инкапсулированные устройства, содержащие промежуточный слой витамина С, сохранили 62% своего первоначального значения, тогда как эталонные устройства сохранили только 36%.
Результаты также показали, что повышение стабильности не достигалось за счет эффективности. Чемпионское устройство достигло эффективности преобразования энергии 9,97%, напряжения холостого хода 0,69 В, плотности тока короткого замыкания 21,57 мА/см2 и коэффициента заполнения 66%. Референтные устройства, не содержащие витамина С, показали эффективность 9,85%, напряжение холостого хода 0,68 В, ток короткого замыкания 21,02 мА/см2 и коэффициента заполнения 68%.
На вопрос о потенциале коммерциализации и масштабируемости Вида Энгманн, возглавляющая группу вЦентр передовых фотоэлектрических 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 изготавливаем модули OPV».
Она подчеркнула, что метод производства можно масштабировать, указав на то, что интерфейсный слой представляет собой «недорогое соединение, которое растворяется в обычных растворителях, поэтому его можно использовать в процессе рулонного нанесения покрытия, как и остальные слои» в ячейке OPV.
Энгманн видит потенциал для добавок за пределами OPV в других технологиях ячеек 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 схожие проблемы со стабильностью, как и органические солнечные элементы, поэтому есть хороший шанс, что они могут способствовать решению проблем стабильности и в этих технологиях», - заявила она.
Клетка была представлена в статье «Витамин С для фотостабильных органических солнечных элементов на основе нефуллереновых акцепторов», опубликовано вИнтерфейсы прикладных материалов ACS.Первым автором статьи является Самбаткумар Баласубраманиан из SDU CAPE. В состав группы вошли исследователи из SDU и Университета Рей Хуан Карлос.
Заглядывая вперед, команда планирует провести дальнейшие исследования подходов к стабилизации с использованием природных антиоксидантов. «В будущем мы продолжим исследования в этом направлении», — сказал Энгманн, имея в виду многообещающие исследования нового класса антиоксидантов.
Время публикации: 10 июля 2023 г.