Dänische Forscher berichten, dass die Behandlung organischer Solarzellen, die nicht auf Fulleren-Akzeptoren basieren, mit Vitamin C eine antioxidative Wirkung entfaltet, die die Abbauprozesse mildert, die durch Hitze-, Licht- und Sauerstoffeinwirkung entstehen. Die Zelle erreichte einen Leistungsumwandlungswirkungsgrad von 9,97 %, eine Leerlaufspannung von 0,69 V, eine Kurzschlussstromdichte von 21,57 mA/cm2 und einen Füllfaktor von 66 %.
Ein Forscherteam der Universität Süddänemark (SDU) versuchte, die Fortschritte bei der Energieumwandlungseffizienz für organische Solarzellen (OPV) zu erreichenNicht-Fulleren-Akzeptor (NFA)Materialien mit Stabilitätsverbesserungen.
Das Team wählte Ascorbinsäure, allgemein bekannt als Vitamin C, und verwendete sie als Passivierungsschicht zwischen einer Elektronentransportschicht (ETL) aus Zinkoxid (ZnO) und der photoaktiven Schicht in NFA-OPV-Zellen, die mit einem invertierten Geräteschichtstapel und einem hergestellt wurden halbleitendes Polymer (PBDB-T:IT-4F).
Die Wissenschaftler bauten die Zelle mit einer Indiumzinnoxidschicht (ITO), dem ZnO-ETL, der Vitamin-C-Schicht, dem PBDB-T:IT-4F-Absorber, einer trägerselektiven Molybdänoxidschicht (MoOx) und einer Silberschicht (Ag) auf ) Metallkontakt.
Die Gruppe stellte fest, dass die Ascorbinsäure eine photostabilisierende Wirkung hat, und berichtete, dass die antioxidative Wirkung die Abbauprozesse lindert, die durch die Einwirkung von Sauerstoff, Licht und Hitze entstehen. Tests wie Ultraviolett-sichtbare Absorption, Impedanzspektroskopie sowie lichtabhängige Spannungs- und Strommessungen ergaben außerdem, dass Vitamin C die Photobleichung von NFA-Molekülen reduziert und die Ladungsrekombination unterdrückt, heißt es in der Studie.
Ihre Analyse zeigte, dass die verkapselten Geräte mit der Vitamin-C-Zwischenschicht nach 96 Stunden kontinuierlicher Photodegradation unter 1 Sonne 62 % ihres ursprünglichen Wertes behielten, während die Referenzgeräte nur 36 % behielten.
Die Ergebnisse zeigten auch, dass die Stabilitätsgewinne nicht auf Kosten der Effizienz gingen. Das Champion-Gerät erreichte einen Leistungsumwandlungswirkungsgrad von 9,97 %, eine Leerlaufspannung von 0,69 V, eine Kurzschlussstromdichte von 21,57 mA/cm2 und einen Füllfaktor von 66 %. Die Referenzgeräte, die kein Vitamin C enthielten, zeigten einen Wirkungsgrad von 9,85 %, eine Leerlaufspannung von 0,68 V, einen Kurzschlussstrom von 21,02 mA/cm2 und einen Füllfaktor von 68 %.
Auf die Frage nach Kommerzialisierungspotenzial und Skalierbarkeit antwortete Vida Engmann, Leiterin einer Gruppe amZentrum für fortgeschrittene Photovoltaik und Dünnschicht-Energiegeräte (SDU CAPE), sagte pv magazine: „Unsere Geräte in diesem Experiment waren 2,8 mm2 und 6,6 mm2 groß, können aber in unserem Rolle-zu-Rolle-Labor bei SDU CAPE vergrößert werden, wo wir auch regelmäßig OPV-Module herstellen.“
Sie betonte, dass die Herstellungsmethode skalierbar sei und wies darauf hin, dass die Grenzschicht eine „kostengünstige Verbindung sei, die in üblichen Lösungsmitteln löslich sei und daher wie die übrigen Schichten in einem Rolle-zu-Rolle-Beschichtungsprozess verwendet werden könne“. eine OPV-Zelle.
Potenzial für Zusatzstoffe über OPV hinaus sieht Engmann in anderen Zelltechnologien der dritten Generation, etwa Perowskit-Solarzellen und farbstoffsensibilisierten Solarzellen (DSSC). „Andere organische/hybride halbleiterbasierte Technologien wie DSSC und Perowskit-Solarzellen haben ähnliche Stabilitätsprobleme wie organische Solarzellen, daher besteht eine gute Chance, dass sie auch zur Lösung von Stabilitätsproblemen bei diesen Technologien beitragen können“, erklärte sie.
Die Zelle wurde in der Arbeit „Vitamin C für photostabile, nicht auf Fulleren-Akzeptoren basierende organische Solarzellen”, veröffentlicht inACS Angewandte Materialschnittstellen.Der Erstautor des Artikels ist Sambathkumar Balasubramanian von SDU CAPE. Dem Team gehörten Forscher der SDU und der Rey Juan Carlos University an.
Für die Zukunft plant das Team weitere Forschungen zu Stabilisierungsansätzen unter Verwendung natürlich vorkommender Antioxidantien. „Wir werden in Zukunft weiter in diese Richtung forschen“, sagte Engmann und verwies auf vielversprechende Forschungen zu einer neuen Klasse von Antioxidantien.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 10. Juli 2023