Des chercheurs danois ont rapporté que le traitement des cellules solaires organiques à base d'accepteurs non fullerènes avec de la vitamine C procure une activité antioxydante qui atténue les processus de dégradation liés à 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 à vide 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) fabriquées avecaccepteur de 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) en oxyde de zinc (ZnO) et la couche photoactive des cellules OPV NFA fabriquées avec une pile de couches de dispositif inversée et un polymère semi-conducteur (PBDB-T:IT-4F).
Les scientifiques ont construit la cellule avec une couche d'oxyde d'étain et d'indium (ITO), l'ETL ZnO, la couche de vitamine C, l'absorbeur PBDB-T:IT-4F, une couche sélective de porteur d'oxyde de molybdène (MoOx) et un contact métallique en argent (Ag).
L'équipe a constaté que l'acide ascorbique produit un effet photostabilisant, indiquant que son 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 et les mesures de tension et de courant photodépendantes, ont également révélé que la vitamine C réduit le photoblanchiment des molécules d'acides gras non saturés et supprime la recombinaison de charge, selon l'étude.
Leur analyse a montré qu'après 96 h de photodégradation continue sous 1 soleil, les dispositifs encapsulés contenant l'intercouche 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 à vide de 0,69 V, une densité de courant de court-circuit de 21,57 mA/cm² et un facteur de remplissage de 66 %. Les dispositifs de référence, sans vitamine C, ont affiché un rendement de 9,85 %, une tension à vide 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 de photovoltaïque avancé et de dispositifs énergétiques à couches minces (SDU CAPE), a déclaré au magazine pv : « Nos dispositifs dans cette expérience mesuraient 2,8 mm2 et 6,6 mm2, mais peuvent être agrandis dans notre laboratoire roll-to-roll à SDU CAPE où nous fabriquons également régulièrement des modules OPV. »
Elle a souligné que la méthode de fabrication peut être mise à l'échelle, soulignant que la couche interfaciale est un « composé peu coûteux qui est soluble dans les solvants habituels, il peut donc être utilisé dans un processus de revêtement rouleau à rouleau comme le reste des couches » dans une cellule OPV.
Engmann voit un potentiel pour des additifs autres que l'OPV dans d'autres technologies de cellules de troisième génération, telles que les cellules solaires à pérovskite et les cellules solaires à colorant (DSSC). « D'autres technologies à base de semi-conducteurs organiques/hybrides, telles que les cellules solaires à DSSC et à pérovskite, 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 ces problèmes de stabilité », a-t-elle déclaré.
La cellule a été présentée dans l’article «Vitamine C pour cellules solaires organiques photostables à base d'accepteurs non fullerènes, publié dansInterfaces matérielles appliquées ACS.Le premier auteur de l'article est Sambathkumar Balasubramanian, du SDU CAPE. L'équipe comprenait des chercheurs de SDU et de l'Université Rey Juan Carlos.
À l'avenir, l'équipe prévoit de poursuivre ses recherches sur les approches de stabilisation utilisant des antioxydants naturels. « Nous allons poursuivre nos recherches dans cette direction », a déclaré Engmann, faisant référence à des recherches prometteuses sur une nouvelle classe d'antioxydants.
Date de publication : 10 juillet 2023