El tratamiento con vitamina C mejora la estabilidad de las células solares orgánicas invertidas

Un equipo de investigadores de la Universidad del Sur de Dinamarca (SDU) trató de igualar los avances que se están produciendo en las eficiencias de conversión de potencia de las células solares orgánicas (OPV, por sus siglas en inglés) fabricadas con materiales aceptores no fullerénicos (NFA) con mejoras en la estabilidad.

El equipo seleccionó ácido ascórbico, conocido comúnmente como vitamina C, y lo utilizó como capa de pasivación entre una capa de transporte de electrones (ETL) de óxido de zinc (ZnO) y la capa fotoactiva de células OPV NFA fabricadas con una pila de capas de dispositivo invertidas y un polímero semiconductor (PBDB-T:IT-4F).

Los científicos construyeron la célula con una capa de óxido de indio y estaño (ITO), la ETL de ZnO, la capa de vitamina C, el absorbedor PBDB-T:IT-4F, una capa selectiva del portador de óxido de molibdeno (MoOx) y un contacto metálico de plata (Ag).

El grupo descubrió que el ácido ascórbico produce un efecto fotoestabilizador, informando de que la actividad antioxidante alivia los procesos degradativos derivados de la exposición al oxígeno, la luz y el calor. Las pruebas, como la absorción ultravioleta-visible, la espectroscopia de impedancia y las mediciones de voltaje y corriente dependientes de la luz, también revelaron que la vitamina C reduce el fotoblanqueo de las moléculas de NFA y suprime la recombinación de cargas, señaló la investigación.

Su análisis demostró que, tras 96 h de fotodegradación continua bajo 1 Sol, los dispositivos encapsulados que contenían la capa intermedia de vitamina C conservaban el 62% de su valor original, mientras que los dispositivos de referencia sólo retenían el 36%.

Los resultados también demostraron que el aumento de la estabilidad no se produjo a costa de la eficiencia. El dispositivo campeón alcanzó una eficiencia de conversión de energía del 9,97%, una tensión de circuito abierto de 0,69 V, una densidad de corriente de cortocircuito de 21,57 mA/cm2 y un factor de llenado del 66%. Los dispositivos de referencia sin vitamina C mostraron una eficiencia del 9,85%, una tensión de circuito abierto de 0,68 V, una corriente de cortocircuito de 21,02 mA/cm2 y un factor de llenado del 68%.

Vida Engmann, que dirige un grupo en el Centro de Fotovoltaica Avanzada y Dispositivos Energéticos de Capa Fina (SDU CAPE), explicó a pv magazine: “Nuestros dispositivos en este experimento eran de 2,8 mm2 y 6,6 mm2, pero pueden ampliarse en nuestro laboratorio rollo a rollo del SDU CAPE, donde también fabricamos módulos OPV con regularidad”.

Subrayó que el método de fabricación puede ampliarse, señalando que la capa interfacial es un “compuesto barato que es soluble en disolventes habituales, por lo que puede utilizarse en un proceso de recubrimiento de rollo a rollo como el resto de las capas” en una célula OPV.

Engmann ve potencial para los aditivos más allá de la OPV en otras tecnologías de células de tercera generación, como las células solares de perovskita y las células solares sensibilizadas por colorantes (DSSC). “Otras tecnologías basadas en semiconductores orgánicos/híbridos, como las DSSC y las células solares de perovskita, tienen problemas de estabilidad similares a los de las células solares orgánicas, por lo que es muy probable que también puedan contribuir a resolver los problemas de estabilidad de estas tecnologías”, declaró.

La célula se presentó en el artículo “Vitamin C for Photo-Stable Non-fullerene-acceptor-Based Organic Solar Cells” (Vitamina C para células solares orgánicas fotoestables sin aceptores de fullereno), publicado en ACS Applied Material Interfaces. El primer autor del artículo es Sambathkumar Balasubramanian, de SDU CAPE. El equipo estaba formado por investigadores de la SDU y de la Universidad Rey Juan Carlos.

De cara al futuro, el equipo tiene planes para seguir investigando en enfoques de estabilización que utilicen antioxidantes naturales. “En el futuro, vamos a seguir investigando en esta dirección”, dijo Engmann refiriéndose a la prometedora investigación sobre una nueva clase de antioxidantes.