Pesquisadores dinamarqueses relatam que o tratamento de células solares orgânicas baseadas em receptores não fulerênicos com vitamina C proporciona uma atividade antioxidante que alivia os processos degradativos decorrentes da exposição ao calor, à luz e ao oxigênio. A célula atingiu uma eficiência de conversão de energia de 9,97%, uma tensão de circuito aberto de 0,69 V, uma densidade de corrente de curto-circuito de 21,57 mA/cm² e um fator de preenchimento de 66%.
Uma equipe de pesquisadores da Universidade do Sul da Dinamarca (SDU) procurou comparar os avanços feitos na eficiência de conversão de energia para células solares orgânicas (OPV) feitas comaceitador não-fulereno (NFA)materiais com melhorias de estabilidade.
A equipe selecionou ácido ascórbico, comumente conhecido como vitamina C, e o usou como uma camada de passivação entre uma camada de transporte de elétrons (ETL) de óxido de zinco (ZnO) e a camada fotoativa em células NFA OPV fabricadas com uma pilha de camadas de dispositivos invertidos e um polímero semicondutor (PBDB-T:IT-4F).
Os cientistas construíram a célula com uma camada de óxido de índio e estanho (ITO), o ZnO ETL, a camada de vitamina C, o absorvedor PBDB-T:IT-4F, uma camada seletiva de transportador de óxido de molibdênio (MoOx) e um contato metálico de prata (Ag).
O grupo descobriu que o ácido ascórbico produz um efeito fotoestabilizador, relatando que a atividade antioxidante alivia os processos degradativos decorrentes da exposição ao oxigênio, à luz e ao calor. Testes como absorção ultravioleta-visível, espectroscopia de impedância e medições de tensão e corrente dependentes da luz também revelaram que a vitamina C reduz o fotobranqueamento das moléculas de NFA e suprime a recombinação de cargas, observou a pesquisa.
A análise mostrou que, após 96 h de fotodegradação contínua sob 1 Sol, os dispositivos encapsulados contendo a camada intermediária de vitamina C mantiveram 62% de seu valor original, enquanto os dispositivos de referência mantiveram apenas 36%.
Os resultados também mostraram que os ganhos de estabilidade não comprometeram a eficiência. O dispositivo campeão alcançou uma eficiência de conversão de energia de 9,97%, uma tensão de circuito aberto de 0,69 V, uma densidade de corrente de curto-circuito de 21,57 mA/cm² e um fator de preenchimento de 66%. Os dispositivos de referência, sem vitamina C, apresentaram eficiência de 9,85%, uma tensão de circuito aberto de 0,68 V, uma corrente de curto-circuito de 21,02 mA/cm² e um fator de preenchimento de 68%.
Questionada sobre o potencial de comercialização e escalabilidade, Vida Engmann, que lidera um grupo naCentro de Energia Fotovoltaica Avançada e Dispositivos de Energia de Película Fina (SDU CAPE), disse à revista pv, “Nossos dispositivos neste experimento tinham 2,8 mm2 e 6,6 mm2, mas podem ser ampliados em nosso laboratório roll-to-roll na SDU CAPE, onde também fabricamos regularmente módulos OPV.”
Ela enfatizou que o método de fabricação pode ser escalonado, apontando que a camada interfacial é um “composto barato e solúvel em solventes comuns, podendo ser usado em um processo de revestimento roll-to-roll como o restante das camadas” em uma célula OPV.
Engmann vê potencial para aditivos além da OPV em outras tecnologias de células de terceira geração, como células solares de perovskita e células solares sensibilizadas por corante (DSSC). "Outras tecnologias baseadas em semicondutores orgânicos/híbridos, como DSSC e células solares de perovskita, apresentam problemas de estabilidade semelhantes aos das células solares orgânicas, portanto, há uma boa chance de que possam contribuir para a solução de problemas de estabilidade nessas tecnologias também", afirmou.
A célula foi apresentada no artigo “Vitamina C para células solares orgânicas fotoestáveis baseadas em receptores não fulereno”, publicado emInterfaces de materiais aplicados da ACS.O primeiro autor do artigo é Sambathkumar Balasubramanian, da SDU CAPE. A equipe incluiu pesquisadores da SDU e da Universidade Rey Juan Carlos.
Olhando para o futuro, a equipe planeja novas pesquisas sobre abordagens de estabilização usando antioxidantes naturais. "No futuro, continuaremos investigando nessa direção", disse Engmann, referindo-se à pesquisa promissora sobre uma nova classe de antioxidantes.
Data de publicação: 10 de julho de 2023