Investigadores daneses informan que el tratamiento de células solares orgánicas sin aceptores de fulerenos con vitamina C proporciona una actividad antioxidante que alivia los procesos de degradación derivados de la exposición al calor, la luz y el oxígeno. La célula alcanzó una eficiencia de conversión de energía del 9,97 %, una tensión 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 las eficiencias de conversión de energía para las células solares orgánicas (OPV) fabricadas conaceptor no fulerénico (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 OPV NFA fabricadas con una pila de capas de dispositivo invertidas y un polímero semiconductor (PBDB-T:IT-4F).
Los científicos construyeron la celda con una capa de óxido de indio y estaño (ITO), el ETL de ZnO, la capa de vitamina C, el absorbedor PBDB-T:IT-4F, una capa selectiva de portadores de óxido de molibdeno (MoOx) y un contacto metálico de plata (Ag).
El grupo descubrió que el ácido ascórbico produce un efecto fotoestabilizador, informando que la actividad antioxidante alivia los procesos de degradación derivados de la exposición al oxígeno, la luz y el calor. 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 ácidos grasos no grasos (AGN) y suprime la recombinación de cargas, según 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 conservaron el 62% de su valor original, mientras que los dispositivos de referencia conservaron solo el 36%.
Los resultados también mostraron que las mejoras en la estabilidad no se produjeron a costa de la eficiencia. El dispositivo líder alcanzó una eficiencia de conversión de energía del 9,97 %, una tensión 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 sin vitamina C mostraron una eficiencia del 9,85 %, una tensión 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, quien dirige un grupo en laCentro de dispositivos fotovoltaicos avanzados y de energía de película delgada (SDU CAPE), dijo a pv magazine: “Nuestros dispositivos en este experimento fueron de 2,8 mm2 y 6,6 mm2, pero se pueden ampliar en nuestro laboratorio de rollo a rollo en SDU CAPE, donde también fabricamos regularmente módulos OPV”.
Destacó que el método de fabricación es escalable, señalando que la capa interfacial es un “compuesto económico y soluble en solventes habituales, por lo que puede ser utilizado en un proceso de recubrimiento rollo a rollo como el resto de capas” en una celda OPV.
Engmann ve potencial para aditivos más allá de la OPV en otras tecnologías de celdas de tercera generación, como las celdas solares de perovskita y las celdas solares sensibilizadas con colorante (DSSC). «Otras tecnologías basadas en semiconductores orgánicos/híbridos, como las DSSC y las celdas solares de perovskita, presentan problemas de estabilidad similares a los de las celdas solares orgánicas, por lo que es muy probable que también contribuyan a resolver los problemas de estabilidad en estas tecnologías», afirmó.
La célula fue presentada en el artículo “Vitamina C para células solares orgánicas fotoestables no basadas en aceptores de fulerenos”, publicado enInterfaces de materiales aplicados ACS.El primer autor del artículo es Sambathkumar Balasubramanian, de la SDU CAPE. El equipo incluyó investigadores de la SDU y de la Universidad Rey Juan Carlos.
De cara al futuro, el equipo tiene previsto seguir investigando métodos de estabilización mediante antioxidantes naturales. «En el futuro, seguiremos investigando en esta dirección», declaró Engmann, refiriéndose a la prometedora investigación sobre una nueva clase de antioxidantes.
Hora de publicación: 10 de julio de 2023