Използване на редкоземни елементи за преодоляване на ограниченията на слънчевите клетки
Използване на редкоземни елементи за преодоляване на ограниченията на слънчевите клетки
източник: материали на AZOПеровскитни слънчеви клеткиПеровскитните слънчеви клетки имат предимства пред настоящата технология за слънчеви клетки. Те имат потенциала да бъдат по-ефективни, леки са и струват по-малко от другите варианти. В перовскитна слънчева клетка слоят перовскит е притиснат между прозрачен електрод отпред и отразяващ електрод в задната част на клетката.Слоевете за транспортиране на електроди и транспортиране на дупки се вмъкват между интерфейсите на катода и анода, което улеснява събирането на заряд в електродите.Има четири класификации на перовскитни слънчеви клетки въз основа на морфологичната структура и последователността на слоевете на слоя за транспортиране на заряда: правилни планарни, обърнати планарни, правилни мезопорести и обърнати мезопорести структури.Технологията обаче има няколко недостатъка. Светлината, влагата и кислородът могат да предизвикат тяхното разграждане, абсорбцията им може да бъде несъответстваща и те също имат проблеми с нерадиационната рекомбинация на заряда. Перовскитите могат да бъдат корозирали от течни електролити, което води до проблеми със стабилността.За да се реализират практическите им приложения, трябва да се направят подобрения в тяхната ефективност на преобразуване на енергия и оперативна стабилност. Последният напредък в технологиите обаче доведе до перовскитни слънчеви клетки с 25,5% ефективност, което означава, че те не изостават много от конвенционалните силициеви фотоволтаични слънчеви клетки.За тази цел редкоземните елементи са изследвани за приложения в перовскитни слънчеви клетки. Те притежават фотофизични свойства, които преодоляват проблемите. Следователно използването им в перовскитни слънчеви клетки ще подобри техните свойства, което ще ги направи по-жизнеспособни за широкомащабно внедряване за решения за чиста енергия.Как редкоземните елементи помагат на перовскитните слънчеви клеткиИма много полезни свойства, които притежават редкоземните елементи, които могат да се използват за подобряване на функцията на това ново поколение слънчеви клетки. Първо, окислителните и редукционните потенциали в редкоземните йони са обратими, намалявайки собственото окисление и редукция на целевия материал. Освен това образуването на тънък слой може да се регулира чрез добавянето на тези елементи чрез свързването им както с перовскити, така и с метални оксиди за транспортиране на заряд.Освен това, фазовата структура и оптоелектронните свойства могат да бъдат регулирани чрез заместващо вграждане в кристалната решетка. Пасивирането на дефекти може да бъде успешно постигнато чрез вграждането им в целевия материал или междинно по границите на зърното, или върху повърхността на материала.Освен това, инфрачервените и ултравиолетовите фотони могат да бъдат преобразувани във видима светлина, реагираща на перовскит, поради наличието на множество енергийни преходни орбити в редкоземните йони.Предимствата на това са две: избягва се увреждането на перовскитите от светлина с висок интензитет и се разширява диапазонът на спектралния отговор на материала. Използването на редкоземни елементи значително подобрява стабилността и ефективността на перовскитните слънчеви клетки.Модифициране на морфологиите на тънки филмиКакто бе споменато по-рано, редкоземните елементи могат да променят морфологията на тънките слоеве, състоящи се от метални оксиди. Добре документирано е, че морфологията на основния слой за транспортиране на заряд влияе върху морфологията на перовскитния слой и неговия контакт със слоя за транспортиране на заряда.Например, допингът с редкоземни йони предотвратява агрегацията на наночастици SnO2, които могат да причинят структурни дефекти, а също така смекчава образуването на големи кристали NiOx, създавайки равномерен и компактен слой от кристали. По този начин тънкослойни филми от тези вещества без дефекти могат да бъдат постигнати с редкоземно легиране.Освен това, слоят на скелето в перовскитните клетки, които имат мезопореста структура, играе важна роля в контактите между перовскита и слоевете за транспортиране на заряд в слънчевите клетки. Наночастиците в тези структури могат да показват морфологични дефекти и множество граници на зърната.Това води до неблагоприятна и сериозна нерадиационна рекомбинация на заряда. Запълването на порите също е проблем. Допингът с редкоземни йони регулира растежа на скелето и намалява дефектите, създавайки подравнени и еднакви наноструктури.Чрез осигуряване на подобрения за морфологичната структура на перовскитните и транспортните слоеве на заряда, редкоземните йони могат да подобрят цялостната производителност и стабилност на перовскитните слънчеви клетки, което ги прави по-подходящи за широкомащабни търговски приложения.БъдещетоЗначението на перовскитните слънчеви клетки не може да бъде подценено. Те ще осигурят превъзходен капацитет за генериране на енергия на много по-ниска цена от сегашните базирани на силиций соларни клетки на пазара. Проучването показа, че допирането на перовскит с редкоземни йони подобрява свойствата му, което води до подобрения в ефективността и стабилността. Това означава, че перовскитните слънчеви клетки с подобрена производителност са една стъпка по-близо до това да станат реалност.
