การรักษาด้วยวิตามินซีช่วยเพิ่มเสถียรภาพของเซลล์แสงอาทิตย์อินทรีย์แบบกลับด้าน

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

ทีมงานได้เลือกกรดแอสคอร์บิก ซึ่งเรียกกันทั่วไปว่าวิตามินซี และใช้เป็นชั้นการทำให้เฉื่อยระหว่างชั้นการขนส่งอิเล็กตรอนของซิงค์ออกไซด์ (ZnO) (ETL) และชั้นโฟโตแอคทีฟในเซลล์ NFA OPV ที่ผลิตขึ้นโดยใช้ชั้นอุปกรณ์แบบคว่ำและโพลีเมอร์เซมิคอนดักเตอร์ (PBDB-T:IT-4F)

นักวิทยาศาสตร์สร้างเซลล์ด้วยชั้นอินเดียมทินออกไซด์ (ITO), ZnO ETL, ชั้นวิตามินซี, ตัวดูดซับ PBDB-T:IT-4F, ชั้นเลือกพาหะโมลิบดินัมออกไซด์ (MoOx) และจุดสัมผัสโลหะเงิน (Ag)

กลุ่มวิจัยพบว่ากรดแอสคอร์บิกก่อให้เกิดผลในการปรับสภาพแสง โดยรายงานว่ากิจกรรมต่อต้านอนุมูลอิสระช่วยบรรเทากระบวนการย่อยสลายที่เกิดจากการสัมผัสกับออกซิเจน แสง และความร้อน การทดสอบ เช่น การดูดกลืนแสงอัลตราไวโอเลต-แสง สเปกโตรสโคปีอิมพีแดนซ์ การวัดแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าที่ขึ้นอยู่กับแสง ยังเผยให้เห็นว่าวิตามินซีช่วยลดการฟอกสีของโมเลกุล NFA และยับยั้งการรวมตัวของประจุอีกด้วย การวิจัยดังกล่าวระบุ

การวิเคราะห์ของพวกเขาแสดงให้เห็นว่า หลังจากการย่อยสลายด้วยแสงอย่างต่อเนื่องเป็นเวลา 96 ชั่วโมงภายใต้แสงแดด 1 ดวง อุปกรณ์ที่หุ้มด้วยชั้นวิตามินซีจะคงคุณค่าเดิมไว้ได้ 62% ในขณะที่อุปกรณ์อ้างอิงจะคงคุณค่าไว้ได้เพียง 36% เท่านั้น

ผลลัพธ์ยังแสดงให้เห็นว่าการเพิ่มความเสถียรนั้นไม่ได้มากับประสิทธิภาพ อุปกรณ์แชมเปี้ยนมีประสิทธิภาพการแปลงพลังงาน 9.97% แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด 0.69 V ความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าลัดวงจร 21.57 mA/cm2 และปัจจัยการเติม 66% อุปกรณ์อ้างอิงที่ไม่มีวิตามินซี มีประสิทธิภาพ 9.85% แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด 0.68V กระแสไฟฟ้าลัดวงจร 21.02 mA/cm2 และปัจจัยการเติม 68%

เมื่อถูกถามเกี่ยวกับศักยภาพในการสร้างรายได้และความสามารถในการปรับขนาด Vida Engmann ซึ่งเป็นหัวหน้ากลุ่มที่ศูนย์อุปกรณ์พลังงานแสงอาทิตย์ขั้นสูงและอุปกรณ์พลังงานฟิล์มบาง (SDU CAPE)บอกกับนิตยสาร PV ว่า “อุปกรณ์ที่เราทำการทดลองในครั้งนี้มีขนาด 2.8 และ 6.6 มม.2 แต่สามารถขยายขนาดได้ในห้องปฏิบัติการแบบโรลทูโรลของเราที่ SDU CAPE ซึ่งเราผลิตโมดูล OPV เป็นประจำด้วย”

เธอเน้นย้ำว่าวิธีการผลิตสามารถปรับขนาดได้ โดยชี้ให้เห็นว่าชั้นอินเทอร์เฟซเป็น “สารประกอบราคาไม่แพงที่ละลายในตัวทำละลายทั่วไป ดังนั้นจึงสามารถใช้ในกระบวนการเคลือบแบบโรลทูโรลได้เช่นเดียวกับชั้นอื่นๆ” ในเซลล์ OPV

Engmann มองเห็นศักยภาพของสารเติมแต่งที่เกินกว่า OPV ในเทคโนโลยีเซลล์รุ่นที่สามอื่นๆ เช่น เซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์และเซลล์แสงอาทิตย์ที่ไวต่อสีย้อม (DSSC) “เทคโนโลยีที่ใช้สารกึ่งตัวนำอินทรีย์/ไฮบริดอื่นๆ เช่น DSSC และเซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์ มีปัญหาเรื่องเสถียรภาพคล้ายกับเซลล์แสงอาทิตย์อินทรีย์ ดังนั้นจึงมีโอกาสที่ดีที่เทคโนโลยีเหล่านี้จะช่วยแก้ปัญหาด้านเสถียรภาพในเทคโนโลยีเหล่านี้ได้เช่นกัน” เธอกล่าว

เซลล์ดังกล่าวได้รับการนำเสนอในเอกสาร “วิตามินซีสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์อินทรีย์ที่ไม่ใช่ตัวรับฟูลเลอรีนที่เสถียรต่อแสง” ตีพิมพ์ในอินเทอร์เฟซวัสดุประยุกต์ ACSผู้เขียนคนแรกของเอกสารนี้คือ Sambathkumar Balasubramanian จาก SDU CAPE ทีมวิจัยประกอบด้วยนักวิจัยจาก SDU และมหาวิทยาลัย Rey Juan Carlos

ทีมมีแผนสำหรับการวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับแนวทางการรักษาเสถียรภาพโดยใช้สารต้านอนุมูลอิสระจากธรรมชาติในอนาคต “ในอนาคต เราจะดำเนินการวิจัยในทิศทางนี้ต่อไป” Engmann กล่าวโดยอ้างถึงการวิจัยที่มีแนวโน้มดีเกี่ยวกับสารต้านอนุมูลอิสระประเภทใหม่