Un team di ricercatori della University of Southern Denmark (SDU) ha cercato di abbinare i progressi compiuti nelle efficienze di conversione di potenza delle celle solari organiche (OPV) realizzate con materiali Accettori Non Fullerenici (NFA) con miglioramenti della stabilità.
Il team ha scelto l’acido ascorbico, comunemente noto come vitamina C, e lo ha utilizzato come strato di passivazione tra lo strato di trasporto degli elettroni (ETL) di ossido di zinco (ZnO) e lo strato fotoattivo di celle OPV NFA fabbricate con uno stack di strati di dispositivi invertiti e un polimero semiconduttore (PBDB-T:IT-4F).
Gli scienziati hanno costruito la cella con uno strato di ossido di indio-stagno (ITO), l’ETL di ZnO, lo strato di vitamina C, l’assorbitore PBDB-T:IT-4F, uno strato carrier-selettivo di ossido di molibdeno (MoOx) e un contatto metallico di argento (Ag).
Il gruppo ha scoperto che l’acido ascorbico produce un effetto fotostabilizzante, segnalando che l’attività antiossidante allevia i processi degradativi derivanti dall’esposizione a ossigeno, luce e calore. I test, come l’assorbimento ultravioletto-visibile, la spettroscopia di impedenza, le misure di tensione e di corrente in funzione della luce, hanno inoltre rivelato che la vitamina C riduce il photobleaching delle molecole NFA e sopprime la ricombinazione di carica, ha osservato la ricerca.
L’analisi ha mostrato che, dopo 96 ore di fotodegradazione continua sotto 1 Sun, i dispositivi incapsulati contenenti l’intercalare di vitamina C hanno mantenuto il 62% del loro valore originale, mentre i dispositivi di riferimento hanno mantenuto solo il 36%.
I risultati hanno anche dimostrato che l’aumento della stabilità non è avvenuto a scapito dell’efficienza. Il dispositivo campione ha raggiunto un’efficienza di conversione di potenza del 9,97%, una tensione a circuito aperto di 0,69 V, una densità di corrente di cortocircuito di 21,57 mA/cm2 e un fattore di riempimento del 66%. I dispositivi di riferimento, privi di vitamina C, hanno mostrato un’efficienza del 9,85%, una tensione a circuito aperto di 0,68 V, una corrente di cortocircuito di 21,02 mA/cm2 e un fattore di riempimento del 68%.
Alla domanda sul potenziale di commercializzazione e sulla scalabilità, Vida Engmann, che dirige un gruppo presso il Center for Advanced Photovoltaics and Thin-Film Energy Devices (SDU CAPE), ha dichiarato a pv magazine: “I nostri dispositivi in questo esperimento erano di 2,8 mm2 e 6,6 mm2, ma possono essere scalati nel nostro laboratorio roll-to-roll presso SDU CAPE dove produciamo regolarmente anche moduli OPV”.
L’autrice ha sottolineato che il metodo di produzione può essere scalato, sottolineando che lo strato interfacciale è un “composto poco costoso e solubile nei solventi abituali, quindi può essere utilizzato in un processo di rivestimento roll-to-roll come il resto degli strati” in una cella OPV.
Engmann vede un potenziale per gli additivi al di là dell’OPV in altre tecnologie di celle di terza generazione, come le celle solari a perovskite e le celle solari sensibilizzate ai coloranti (DSSC). “Altre tecnologie basate su semiconduttori organici/ibridi, come le DSSC e le celle solari a perovskite, hanno problemi di stabilità simili a quelli delle celle solari organiche, quindi è molto probabile che possano contribuire a risolvere i problemi di stabilità anche in queste tecnologie”, ha dichiarato.
La cella è stata presentata nell’articolo “Vitamin C for Photo-Stable Non-fullerene-acceptor-Based Organic Solar Cells“, pubblicato su ACS Applied Material Interfaces. Il primo autore dell’articolo è Sambathkumar Balasubramanian dell’SDU CAPE. Il team comprendeva ricercatori dell’SDU e dell’Università Rey Juan Carlos.
In prospettiva, il team ha in programma ulteriori ricerche sugli approcci di stabilizzazione che utilizzano gli antiossidanti presenti in natura. “In futuro continueremo a indagare in questa direzione”, ha detto Engmann riferendosi alla promettente ricerca su una nuova classe di antiossidanti.
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