Pesquisadores dinamarqueses relatam que o tratamento de células solares orgânicas não baseadas em aceitadores de fulereno com vitamina C fornece uma atividade antioxidante que alivia os processos degradativos decorrentes da exposição ao calor, à luz e ao oxigênio. A célula 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%.
Uma equipe de pesquisadores da Universidade do Sul da Dinamarca (SDU) procurou igualar os avanços alcançados na eficiência de conversão de energia para células solares orgânicas (OPV) feitas comaceitador de 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 de células NFA OPV fabricadas com uma pilha de camadas de dispositivo invertida 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 transporte de óxido de molibdênio (MoOx) e uma prata (Ag ) contato metálico.
O grupo constatou que o ácido ascórbico produz efeito fotoestabilizador, relatando que a atividade antioxidante ameniza os processos degradativos decorrentes da exposição ao oxigênio, luz e calor. Testes, como absorção ultravioleta-visível, espectroscopia de impedância, medições de tensão e corrente dependentes da luz, também revelaram que a vitamina C reduz a fotodegradação das moléculas de NFA e suprime a recombinação de carga, observou a pesquisa.
A análise mostrou que, após 96 horas de fotodegradação contínua sob 1 Sol, os dispositivos encapsulados contendo a intercamada de vitamina C retiveram 62% do seu valor original, com os dispositivos de referência retendo apenas 36%.
Os resultados também mostraram que os ganhos de estabilidade não tiveram um custo de 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%, tensão de circuito aberto de 0,68V, corrente de curto-circuito de 21,02 mA/cm2 e fator de preenchimento de 68%.
Quando questionado sobre potencial de comercialização e escalabilidade, Vida Engmann, que lidera um grupo naCentro de Dispositivos Fotovoltaicos Avançados e Dispositivos de Energia de Filme Fino (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 rolo a rolo na SDU CAPE, onde também fabricamos regularmente módulos OPV”.
Ela enfatizou que o método de fabricação pode ser escalonado, ressaltando que a camada interfacial é um “composto barato e solúvel em solventes usuais, portanto pode ser usado em um processo de revestimento rolo a rolo como o restante das camadas” em uma célula OPV.
Engmann vê potencial para aditivos além do 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, têm problemas de estabilidade semelhantes aos das células solares orgânicas, portanto há uma boa chance de que também possam contribuir para resolver problemas de estabilidade nessas tecnologias”, afirmou ela.
A célula foi apresentada no artigo “Vitamina C para células solares orgânicas fotoestáveis, não aceitadoras de fulereno”, publicado emInterfaces de materiais aplicados 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 tem planos para pesquisas adicionais 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.
Horário da postagem: 10 de julho de 2023