أفاد باحثون دنماركيون أن معالجة الخلايا الشمسية العضوية غير الفوليرينية بفيتامين C توفر نشاطًا مضادًا للأكسدة يخفف من عمليات التحلل الناتجة عن التعرض للحرارة والضوء والأكسجين. حققت الخلية كفاءة تحويل طاقة قدرها 9.97%، وجهد دائرة مفتوحة قدره 0.69 فولت، وكثافة تيار دائرة قصر قدرها 21.57 مللي أمبير/سم2، وعامل تعبئة قدره 66%.
سعى فريق من الباحثين من جامعة جنوب الدنمارك (SDU) إلى مطابقة التقدم المحرز في كفاءة تحويل الطاقة للخلايا الشمسية العضوية (OPV) المصنوعة منمتقبل غير الفوليرين (NFA)المواد مع تحسينات الاستقرار.
اختار الفريق حمض الأسكوربيك، المعروف باسم فيتامين C، واستخدمه كطبقة تخميل بين طبقة نقل الإلكترون (ETL) لأكسيد الزنك (ZnO) والطبقة النشطة ضوئيًا في خلايا NFA OPV المصنعة باستخدام كومة طبقة جهاز مقلوب و بوليمر أشباه الموصلات (PBDB-T:IT-4F).
قام العلماء ببناء الخلية بطبقة من أكسيد القصدير الإنديوم (ITO)، وأكسيد الزنك ETL، وطبقة فيتامين C، وممتص PBDB-T:IT-4F، وطبقة حاملة انتقائية لأكسيد الموليبدينوم (MoOx)، وطبقة من الفضة (Ag). ) الاتصال المعدني.
ووجدت المجموعة أن حمض الأسكوربيك ينتج تأثيرًا مثبتًا ضوئيًا، وأفاد أن نشاط مضادات الأكسدة يخفف من عمليات التحلل الناتجة عن التعرض للأكسجين والضوء والحرارة. وأشار البحث إلى أن الاختبارات، مثل الامتصاص فوق البنفسجي المرئي، ومطياف المعاوقة، والجهد المعتمد على الضوء وقياسات التيار، كشفت أيضًا أن فيتامين C يقلل من التبييض الضوئي لجزيئات NFA ويمنع إعادة تركيب الشحنة.
أظهر تحليلهم أنه بعد 96 ساعة من التحلل الضوئي المستمر تحت شمس واحدة، احتفظت الأجهزة المغلفة التي تحتوي على الطبقة البينية من فيتامين C بنسبة 62% من قيمتها الأصلية، مع احتفاظ الأجهزة المرجعية بنسبة 36% فقط.
وأظهرت النتائج أيضًا أن مكاسب الاستقرار لم تأت على حساب الكفاءة. حقق الجهاز البطل كفاءة تحويل طاقة تبلغ 9.97%، وجهد دائرة مفتوحة يبلغ 0.69 فولت، وكثافة تيار دائرة قصر تبلغ 21.57 مللي أمبير/سم2، وعامل تعبئة يبلغ 66%. أظهرت الأجهزة المرجعية التي لا تحتوي على فيتامين C كفاءة بنسبة 9.85%، وجهد دائرة مفتوحة قدره 0.68 فولت، وتيار دائرة قصر قدره 21.02 مللي أمبير/سم2، وعامل تعبئة قدره 68%.
عندما سُئلت عن إمكانات التسويق وقابلية التوسع، أجابت فيدا إنجمان التي ترأس مجموعة فيمركز الخلايا الكهروضوئية المتقدمة وأجهزة طاقة الأغشية الرقيقة (SDU CAPE)، قال لمجلة pv، "كانت أجهزتنا في هذه التجربة 2.8 مم 2 و 6.6 مم 2، ولكن يمكن زيادتها في مختبرنا في SDU CAPE حيث نقوم بتصنيع وحدات OPV بانتظام أيضًا."
وأكدت أن طريقة التصنيع يمكن تحجيمها، لافتة إلى أن الطبقة البينية عبارة عن “مركب غير مكلف وقابل للذوبان في المذيبات المعتادة، لذا يمكن استخدامه في عملية طلاء لفة مثل بقية الطبقات” في خلية OPV.
يرى إنجمان إمكانية استخدام إضافات تتجاوز OPV في تقنيات خلايا الجيل الثالث الأخرى، مثل خلايا البيروفسكايت الشمسية والخلايا الشمسية الحساسة للصبغ (DSSC). وقالت: "التقنيات الأخرى المعتمدة على أشباه الموصلات العضوية/الهجينة، مثل الخلايا الشمسية DSSC والبيروفسكايت، لديها مشكلات استقرار مماثلة مثل الخلايا الشمسية العضوية، لذلك هناك فرصة جيدة للمساهمة في حل مشكلات الاستقرار في هذه التقنيات أيضًا".
تم تقديم الخلية في الورقة "فيتامين C للخلايا الشمسية العضوية المستقرة وغير المعتمدة على الفوليرين"، نشرت فيواجهات المواد التطبيقية ACS.المؤلف الأول لهذه الورقة هو سامباثكومار بالاسوبرامانيان من SDU CAPE. ضم الفريق باحثين من SDU وجامعة ري خوان كارلوس.
وبالنظر إلى المستقبل، لدى الفريق خطط لإجراء مزيد من الأبحاث حول أساليب التثبيت باستخدام مضادات الأكسدة الموجودة بشكل طبيعي. وقال إنجمان: "في المستقبل، سنواصل التحقيق في هذا الاتجاه"، في إشارة إلى الأبحاث الواعدة حول فئة جديدة من مضادات الأكسدة.
وقت النشر: 10 يوليو 2023