ビタミンC処理により反転型有機太陽電池の安定性が向上

南デンマーク大学（SDU）の研究チームは、有機太陽電池（OPV）の電力変換効率の進歩に匹敵する技術を開発しようとした。非フラーレン受容体（NFA）安定性が向上した材料。

研究チームは、ビタミン C としてよく知られているアスコルビン酸を選択し、反転デバイス層スタックと半導体ポリマー (PBDB-T:IT-4F) で製造された NFA OPV セルの酸化亜鉛 (ZnO) 電子輸送層 (ETL) と光活性層の間のパッシベーション層として使用しました。

科学者たちは、インジウムスズ酸化物（ITO）層、ZnO ETL、ビタミンC層、PBDB-T:IT-4F吸収体、モリブデン酸化物（MoOx）キャリア選択層、および銀（Ag）金属接点を使用してセルを構築しました。

研究グループは、アスコルビン酸が光安定化作用を発揮することを発見し、抗酸化作用によって酸素、光、熱への曝露によって生じる分解プロセスが緩和されると報告しています。また、紫外可視吸収、インピーダンス分光法、光依存電圧・電流測定などの試験により、ビタミンCがNFA分子の光退色を抑制し、電荷再結合を抑制することも明らかになりました。

分析によれば、太陽光 1 度のもとで 96 時間連続光分解させた後でも、ビタミン C 中間層を含むカプセル化されたデバイスは元の値の 62% を保持していたのに対し、参照デバイスはわずか 36% しか保持していなかったことが示されました。

結果は、安定性の向上が効率を犠牲にしていないことも示しました。チャンピオンデバイスは、電力変換効率9.97%、開放電圧0.69V、短絡電流密度21.57mA/cm²、曲線因子66%を達成しました。ビタミンCを含まないリファレンスデバイスは、効率9.85%、開放電圧0.68V、短絡電流21.02mA/cm²、曲線因子68%でした。

商業化の可能性と拡張性について尋ねられたとき、先進太陽光発電および薄膜エネルギーデバイスセンター（SDU CAPE）は、pv magazineに次のように語った。「この実験で使用したデバイスは2.8 mm2と6.6 mm2でしたが、SDU CAPEのロールツーロールラボでスケールアップすることも可能です。そこではOPVモジュールも定期的に製造しています。」

彼女はこの製造方法がスケールアップ可能であることを強調し、界面層は「通常の溶媒に溶ける安価な化合物なので、OPVセルの残りの層と同様にロールツーロールコーティングプロセスで使用できる」と指摘した。

エングマン氏は、OPV以外にも、ペロブスカイト太陽電池や色素増感太陽電池（DSSC）といった第三世代のセル技術にも添加剤の可能性を見出しています。「DSSCやペロブスカイト太陽電池といった他の有機／ハイブリッド半導体ベースの技術も、有機太陽電池と同様の安定性の問題を抱えています。そのため、添加剤がこれらの技術の安定性問題の解決に貢献できる可能性は十分にあります」と彼女は述べています。

この細胞は論文「光安定性のある非フラーレンアクセプターベースの有機太陽電池のためのビタミンC」に掲載ACS アプライド マテリアル インターフェース。論文の筆頭著者はSDU CAPEのサンバトクマール・バラスブラマニアン氏です。研究チームにはSDUとレイ・フアン・カルロス大学の研究者が参加しました。

今後、研究チームは天然由来の抗酸化物質を用いた安定化手法について、更なる研究を計画している。「今後もこの方向で研究を続けていきます」と、エングマン氏は新しいクラスの抗酸化物質に関する有望な研究に言及した。