Des chercheurs danois rapportent que le traitement de cellules solaires organiques sans accepteur de fullerène avec de la vitamine C procure une activité antioxydante qui atténue les processus de dégradation résultant de l'exposition à la chaleur, à la lumière et à l'oxygène. La cellule a atteint un rendement de conversion de puissance de 9,97 %, une tension en circuit ouvert de 0,69 V, une densité de courant de court-circuit de 21,57 mA/cm2 et un facteur de remplissage de 66 %.
Une équipe de chercheurs de l'Université du Danemark du Sud (SDU) a cherché à égaler les progrès réalisés en matière d'efficacité de conversion d'énergie pour les cellules solaires organiques (OPV) réalisées avecaccepteur non fullerène (NFA)matériaux avec des améliorations de stabilité.
L'équipe a sélectionné l'acide ascorbique, communément appelé vitamine C, et l'a utilisé comme couche de passivation entre une couche de transport d'électrons (ETL) d'oxyde de zinc (ZnO) et la couche photoactive des cellules NFA OPV fabriquées avec un empilement de couches de dispositif inversé et un polymère semi-conducteur (PBDB-T:IT-4F).
Les scientifiques ont construit la cellule avec une couche d'oxyde d'indium et d'étain (ITO), le ZnO ETL, la couche de vitamine C, l'absorbeur PBDB-T:IT-4F, une couche sélective de porteur d'oxyde de molybdène (MoOx) et une couche d'argent (Ag ) contact métallique.
Le groupe a découvert que l'acide ascorbique produit un effet photostabilisant, rapportant que l'activité antioxydante atténue les processus de dégradation résultant de l'exposition à l'oxygène, à la lumière et à la chaleur. Des tests, tels que l'absorption ultraviolette-visible, la spectroscopie d'impédance, les mesures de tension et de courant en fonction de la lumière, ont également révélé que la vitamine C réduit le photoblanchiment des molécules de NFA et supprime la recombinaison de charges, note la recherche.
Leur analyse a montré qu'après 96 h de photodégradation continue sous 1 Soleil, les dispositifs encapsulés contenant la couche intermédiaire de vitamine C conservaient 62 % de leur valeur d'origine, les dispositifs de référence n'en conservant que 36 %.
Les résultats ont également montré que les gains de stabilité ne se faisaient pas au détriment de l’efficacité. Le dispositif champion a atteint un rendement de conversion de puissance de 9,97 %, une tension en circuit ouvert de 0,69 V, une densité de courant de court-circuit de 21,57 mA/cm2 et un facteur de remplissage de 66 %. Les appareils de référence ne contenant pas de vitamine C présentaient un rendement de 9,85 %, une tension en circuit ouvert de 0,68 V, un courant de court-circuit de 21,02 mA/cm2 et un facteur de remplissage de 68 %.
Interrogée sur le potentiel de commercialisation et l'évolutivité, Vida Engmann, qui dirige un groupe auCentre pour les dispositifs photovoltaïques avancés et les dispositifs énergétiques à couches minces (SDU CAPE), a déclaré au magazine pv : « Nos appareils dans cette expérience mesuraient 2,8 mm2 et 6,6 mm2, mais peuvent être mis à l'échelle dans notre laboratoire roll-to-roll de SDU CAPE, où nous fabriquons également régulièrement des modules OPV. »
Elle a souligné que la méthode de fabrication peut être adaptée, soulignant que la couche interfaciale est un « composé peu coûteux qui est soluble dans les solvants habituels, elle peut donc être utilisée dans un processus de revêtement rouleau à rouleau comme le reste des couches » dans une cellule OPV.
Engmann voit un potentiel d'additifs au-delà de l'OPV dans d'autres technologies cellulaires de troisième génération, telles que les cellules solaires à pérovskite et les cellules solaires sensibilisées aux colorants (DSSC). "D'autres technologies basées sur des semi-conducteurs organiques/hybrides, telles que les cellules solaires DSSC et pérovskites, présentent des problèmes de stabilité similaires à ceux des cellules solaires organiques. Il y a donc de fortes chances qu'elles puissent également contribuer à résoudre les problèmes de stabilité de ces technologies", a-t-elle déclaré.
La cellule a été présentée dans l'article «Vitamine C pour les cellules solaires organiques photostables sans accepteurs de fullerène», publié dansInterfaces matérielles appliquées ACS.Le premier auteur de l'article est Sambathkumar Balasubramanian du SDU CAPE. L'équipe comprenait des chercheurs du SDU et de l'Université Rey Juan Carlos.
Pour l’avenir, l’équipe prévoit de poursuivre ses recherches sur les approches de stabilisation utilisant des antioxydants naturels. "À l'avenir, nous allons continuer à étudier dans cette direction", a déclaré Engmann en faisant référence à des recherches prometteuses sur une nouvelle classe d'antioxydants.
Heure de publication : 10 juillet 2023