การรักษาด้วยวิตามินซีช่วยเพิ่มความเสถียรของเซลล์แสงอาทิตย์อินทรีย์แบบกลับหัว

ทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเซาเทิร์นเดนมาร์ก (SDU) พยายามที่จะจับคู่ความก้าวหน้าที่เกิดขึ้นในประสิทธิภาพการแปลงพลังงานสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์อินทรีย์ (OPV) ที่ทำด้วยตัวรับที่ไม่ใช่ฟูลเลอรีน (NFA)วัสดุที่มีการปรับปรุงเสถียรภาพ

ทีมงานได้เลือกกรดแอสคอร์บิก หรือที่เรียกกันทั่วไปว่าวิตามินซี และใช้เป็นชั้นฟิล์มระหว่างชั้นขนส่งอิเล็กตรอนของซิงค์ออกไซด์ (ZnO) (ETL) และชั้นโฟโตแอกทีฟของเซลล์ NFA OPV ที่สร้างขึ้นด้วยชั้นอุปกรณ์กลับด้านและ สารกึ่งตัวนำโพลีเมอร์ (PBDB-T:IT-4F)

นักวิทยาศาสตร์สร้างเซลล์ด้วยชั้นอินเดียมทินออกไซด์ (ITO), ZnO ETL, ชั้นวิตามินซี, ตัวดูดซับ PBDB-T:IT-4F, ชั้นคัดเลือกตัวพาโมลิบดีนัมออกไซด์ (MoOx) และชั้นเงิน (Ag ) หน้าสัมผัสโลหะ

กลุ่มวิจัยพบว่ากรดแอสคอร์บิกทำให้เกิดความเสถียรต่อแสง โดยรายงานว่าฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระช่วยลดกระบวนการย่อยสลายที่เกิดจากการสัมผัสกับออกซิเจน แสง และความร้อน การวิจัยตั้งข้อสังเกตว่าการทดสอบต่างๆ เช่น การดูดกลืนรังสีอัลตราไวโอเลตที่มองเห็นได้ อิมพีแดนซ์สเปกโทรสโกปี แรงดันไฟฟ้าและกระแสที่ขึ้นกับแสง ยังเผยให้เห็นว่าวิตามินซีช่วยลดการฟอกสีด้วยแสงของโมเลกุล NFA และยับยั้งการรวมตัวกันของประจุอีกครั้ง

การวิเคราะห์ของพวกเขาแสดงให้เห็นว่า หลังจากการย่อยสลายด้วยแสงอย่างต่อเนื่องเป็นเวลา 96 ชั่วโมงภายใต้ดวงอาทิตย์ 1 ดวง อุปกรณ์ที่ห่อหุ้มซึ่งมีชั้นระหว่างวิตามินซีจะคงค่าไว้ 62% ของค่าดั้งเดิม โดยที่อุปกรณ์อ้างอิงจะคงไว้เพียง 36% เท่านั้น

ผลลัพธ์ยังแสดงให้เห็นว่าความเสถียรที่เพิ่มขึ้นไม่ได้มาจากต้นทุนของประสิทธิภาพ อุปกรณ์ระดับแชมป์บรรลุประสิทธิภาพการแปลงพลังงานที่ 9.97 %, แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดที่ 0.69 V, ความหนาแน่นกระแสลัดวงจรที่ 21.57 mA/cm2 และปัจจัยการเติมที่ 66% อุปกรณ์อ้างอิงที่ไม่มีวิตามินซี มีประสิทธิภาพ 9.85 % แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด 0.68V กระแสไฟฟ้าลัดวงจร 21.02 mA/cm2 และปัจจัยการเติม 68%

เมื่อถามถึงศักยภาพในเชิงพาณิชย์และความสามารถในการปรับขนาด Vida Engmann ซึ่งเป็นหัวหน้ากลุ่มที่ศูนย์เซลล์แสงอาทิตย์ขั้นสูงและอุปกรณ์พลังงานฟิล์มบาง (SDU CAPE)บอกกับนิตยสาร pv ว่า "อุปกรณ์ของเราในการทดลองนี้มีขนาด 2.8 มม.2 และ 6.6 มม.2 แต่สามารถขยายขนาดได้ในห้องปฏิบัติการแบบม้วนต่อม้วนที่ SDU CAPE ซึ่งเราสร้างโมดูล OPV เป็นประจำเช่นกัน"

เธอเน้นย้ำว่าวิธีการผลิตสามารถปรับขนาดได้ โดยชี้ให้เห็นว่าชั้นผิวหน้าเป็น “สารประกอบราคาถูกที่สามารถละลายได้ในตัวทำละลายทั่วไป จึงสามารถนำไปใช้ในกระบวนการเคลือบแบบม้วนต่อม้วนได้เหมือนกับชั้นอื่นๆ” ใน เซลล์ OPV

Engmann มองเห็นศักยภาพของสารเติมแต่งนอกเหนือจาก OPV ในเทคโนโลยีเซลล์ยุคที่สามอื่นๆ เช่น เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดเพอรอฟสไกต์ และเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดสีย้อมไวแสง (DSSC) “เทคโนโลยีที่ใช้เซมิคอนดักเตอร์แบบอินทรีย์/ไฮบริดอื่นๆ เช่น DSSC และเซลล์แสงอาทิตย์ perovskite มีปัญหาด้านความเสถียรที่คล้ายกันกับเซลล์แสงอาทิตย์แบบอินทรีย์ ดังนั้นจึงมีโอกาสที่ดีที่พวกเขาสามารถมีส่วนร่วมในการแก้ไขปัญหาเสถียรภาพในเทคโนโลยีเหล่านี้ได้เช่นกัน” เธอกล่าว

เซลล์ถูกนำเสนอในกระดาษ”วิตามินซีสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์อินทรีย์แบบไม่มีฟูลเลอรีนที่เสถียรต่อภาพถ่าย” ตีพิมพ์ในอินเทอร์เฟซวัสดุประยุกต์ ACSผู้เขียนคนแรกของบทความนี้คือ Sambathkumar Balasubramanian จาก SDU CAPE ทีมงานประกอบด้วยนักวิจัยจาก SDU และ Rey Juan Carlos University

เมื่อมองไปข้างหน้า ทีมงานมีแผนสำหรับการวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีการรักษาเสถียรภาพโดยใช้สารต้านอนุมูลอิสระที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ “ในอนาคต เราจะดำเนินการตรวจสอบในทิศทางนี้ต่อไป” Engmann กล่าวถึงการวิจัยที่มีความหวังเกี่ยวกับสารต้านอนุมูลอิสระประเภทใหม่