Investigadores daneses informan que el tratamiento de células solares orgánicas basadas en aceptores no fullereno con vitamina C proporciona una actividad antioxidante que alivia los procesos degradativos que surgen de la exposición al calor, la luz y el oxígeno. La celda logró una eficiencia de conversión de energía del 9,97 %, un voltaje de circuito abierto de 0,69 V, una densidad de corriente de cortocircuito de 21,57 mA/cm2 y un factor de llenado del 66 %.
Un equipo de investigadores de la Universidad del Sur de Dinamarca (SDU) buscó igualar los avances que se están logrando en la eficiencia de conversión de energía para células solares orgánicas (OPV) fabricadas conaceptor no fullereno (NFA)Materiales con mejoras de estabilidad.
El equipo seleccionó ácido ascórbico, comúnmente conocido como vitamina C, y lo utilizó como capa de pasivación entre una capa de transporte de electrones (ETL) de óxido de zinc (ZnO) y la capa fotoactiva de células NFA OPV fabricadas con una pila de capas de dispositivo invertida y un Polímero semiconductor (PBDB-T:IT-4F).
Los científicos construyeron la célula con una capa de óxido de indio y estaño (ITO), ZnO ETL, la capa de vitamina C, el absorbente PBDB-T:IT-4F, una capa portadora selectiva de óxido de molibdeno (MoOx) y una capa de plata (Ag ) contacto metálico.
El grupo encontró que el ácido ascórbico produce un efecto fotoestabilizante, informando que la actividad antioxidante alivia los procesos degradativos derivados de la exposición al oxígeno, la luz y el calor. Las pruebas, como la absorción ultravioleta-visible, la espectroscopia de impedancia y las mediciones de voltaje y corriente dependientes de la luz, también revelaron que la vitamina C reduce el fotoblanqueo de las moléculas de NFA y suprime la recombinación de cargas, señala la investigación.
Su análisis mostró que, después de 96 h de fotodegradación continua bajo 1 sol, los dispositivos encapsulados que contenían la capa intermedia de vitamina C retuvieron el 62% de su valor original, mientras que los dispositivos de referencia retuvieron solo el 36%.
Los resultados también mostraron que las mejoras en la estabilidad no se produjeron a costa de la eficiencia. El dispositivo campeón logró una eficiencia de conversión de energía del 9,97 %, un voltaje de circuito abierto de 0,69 V, una densidad de corriente de cortocircuito de 21,57 mA/cm2 y un factor de llenado del 66 %. Los dispositivos de referencia que no contenían vitamina C exhibieron una eficiencia del 9,85 %, un voltaje de circuito abierto de 0,68 V, una corriente de cortocircuito de 21,02 mA/cm2 y un factor de llenado del 68 %.
Cuando se le preguntó sobre el potencial de comercialización y la escalabilidad, Vida Engmann, que dirige un grupo en elCentro de Dispositivos Fotovoltaicos Avanzados y Energía de Película Delgada (SDU CAPE), dijo a pv magazine: "Nuestros dispositivos en este experimento eran de 2,8 mm2 y 6,6 mm2, pero se pueden ampliar en nuestro laboratorio rollo a rollo en SDU CAPE, donde también fabricamos regularmente módulos OPV".
Destacó que el método de fabricación puede ser escalado, señalando que la capa interfacial es un “compuesto económico y soluble en solventes habituales, por lo que puede usarse en un proceso de recubrimiento rollo a rollo como el resto de capas” en una célula OPV.
Engmann ve potencial para aditivos más allá de la OPV en otras tecnologías de células de tercera generación, como las células solares de perovskita y las células solares sensibilizadas por colorante (DSSC). "Otras tecnologías basadas en semiconductores orgánicos/híbridos, como DSSC y las células solares de perovskita, tienen problemas de estabilidad similares a los de las células solares orgánicas, por lo que hay muchas posibilidades de que también puedan contribuir a resolver los problemas de estabilidad en estas tecnologías", afirmó.
La celda fue presentada en el artículo “Vitamina C para células solares orgánicas fotoestables sin aceptores de fullereno”, publicado enInterfaces de materiales aplicados ACS.El primer autor del artículo es Sambathkumar Balasubramanian de SDU CAPE. El equipo incluyó investigadores de la SDU y la Universidad Rey Juan Carlos.
De cara al futuro, el equipo tiene planes de realizar más investigaciones sobre enfoques de estabilización que utilicen antioxidantes naturales. "En el futuro vamos a seguir investigando en esta dirección", afirmó Engmann, refiriéndose a una prometedora investigación sobre una nueva clase de antioxidantes.
Hora de publicación: 10-jul-2023