علاج فيتامين سي يحسن استقرار الخلايا الشمسية العضوية المقلوبة

سعى فريق من الباحثين من جامعة جنوب الدنمارك (SDU) إلى مطابقة التقدم المحرز في كفاءة تحويل الطاقة للخلايا الشمسية العضوية (OPV) المصنوعة باستخداممتقبل غير الفوليرين (NFA)المواد ذات تحسينات الاستقرار.

قام الفريق باختيار حمض الأسكوربيك، المعروف باسم فيتامين C، واستخدمه كطبقة تخميل بين طبقة نقل الإلكترون لأكسيد الزنك (ZnO) والطبقة الضوئية في خلايا NFA OPV المصنعة باستخدام مجموعة طبقات جهاز مقلوبة وبوليمر شبه موصل (PBDB-T: IT-4F).

قام العلماء ببناء الخلية بطبقة من أكسيد الإنديوم والقصدير (ITO)، وطبقة استخراج ونقل ZnO، وطبقة فيتامين C، وممتص PBDB-T:IT-4F، وطبقة انتقائية لناقل أكسيد الموليبدينوم (MoOx)، واتصال معدني من الفضة (Ag).

وجدت المجموعة أن حمض الأسكوربيك يُنتج تأثيرًا مُثبِّطًا للضوء، وأفادت بأن نشاطه المضاد للأكسدة يُخفِّف من عمليات التحلل الناتجة عن التعرض للأكسجين والضوء والحرارة. كما أشارت الدراسة إلى أن اختبارات، مثل امتصاص الأشعة فوق البنفسجية المرئية، وتحليل طيف المعاوقة، وقياس الجهد والتيار الكهربائي المعتمد على الضوء، كشفت أيضًا أن فيتامين C يُقلِّل من التبييض الضوئي لجزيئات NFA ويُثبِّط إعادة تركيب الشحنة.

وأظهر تحليلهم أنه بعد 96 ساعة من التحلل الضوئي المستمر تحت شمس واحدة، احتفظت الأجهزة المغلفة التي تحتوي على طبقة فيتامين سي بنسبة 62% من قيمتها الأصلية، بينما احتفظت الأجهزة المرجعية بنسبة 36% فقط.

أظهرت النتائج أيضًا أن مكاسب الاستقرار لم تكن على حساب الكفاءة. فقد حقق جهاز Champion كفاءة تحويل طاقة بلغت 9.97%، وجهد دائرة مفتوحة بلغ 0.69 فولت، وكثافة تيار ماس كهربائى بلغت 21.57 مللي أمبير/سم²، ومعامل تعبئة بلغ 66%. أما الأجهزة المرجعية الخالية من فيتامين C، فقد أظهرت كفاءة بلغت 9.85%، وجهد دائرة مفتوحة بلغ 0.68 فولت، وتيار ماس كهربائى بلغ 21.02 مللي أمبير/سم²، ومعامل تعبئة بلغ 68%.

عندما سُئلت عن إمكانات التسويق وقابلية التوسع، قالت فيدا إنجمان التي ترأس مجموعة فيمركز الطاقة الكهروضوئية المتقدمة وأجهزة طاقة الأغشية الرقيقة (SDU CAPE)وقال لمجلة pv، "كانت أجهزتنا في هذه التجربة بحجم 2.8 مم2 و6.6 مم2، ولكن يمكن توسيع نطاقها في مختبرنا المتخصص في اللفائف في SDU CAPE حيث نقوم بانتظام بتصنيع وحدات OPV أيضًا."

وأكدت أن طريقة التصنيع يمكن توسيع نطاقها، مشيرة إلى أن الطبقة البينية هي "مركب غير مكلف وقابل للذوبان في المذيبات المعتادة، وبالتالي يمكن استخدامها في عملية طلاء لفة إلى لفة مثل بقية الطبقات" في خلية OPV.

ترى إنغمان إمكاناتٍ لمواد مضافة تتجاوز الخلايا الشمسية العضوية في تقنيات خلايا الجيل الثالث الأخرى، مثل خلايا البيروفسكايت الشمسية والخلايا الشمسية المصبوغة بالصبغة (DSSC). وصرحت قائلةً: "تعاني تقنيات أخرى قائمة على أشباه الموصلات العضوية/الهجينة، مثل خلايا DSSC والبيروفسكايت الشمسية، من مشاكل استقرار مماثلة لتلك التي تعاني منها الخلايا الشمسية العضوية، لذا فمن المرجح أن تُسهم في حل مشاكل الاستقرار في هذه التقنيات أيضًا".

وقد تم عرض الخلية في ورقة بحثية بعنوان "فيتامين سي للخلايا الشمسية العضوية المستقرة ضوئيًا والقائمة على مستقبلات الفوليرين"نُشر فيواجهات المواد التطبيقية ACS.المؤلف الرئيسي للبحث هو سامباثكومار بالاسوبرامانيان من SDU CAPE. وضم الفريق باحثين من SDU وجامعة ري خوان كارلوس.

يتطلع الفريق إلى المستقبل، ويخطط لإجراء المزيد من الأبحاث في أساليب تثبيت مضادات الأكسدة باستخدام مضادات الأكسدة الطبيعية. وصرح إنغمان، في إشارة إلى بحث واعد حول فئة جديدة من مضادات الأكسدة: "سنواصل البحث في هذا الاتجاه مستقبلًا".