Korištenje rijetkih zemljanih elemenata za prevazilaženje ograničenja solarnih ćelija
Korištenje rijetkih zemljanih elemenata za prevazilaženje ograničenja solarnih ćelija
izvor:AZO materijaliPerovskite solarne ćelijePerovskite solarne ćelije imaju prednosti u odnosu na trenutnu tehnologiju solarnih ćelija. Imaju potencijal da budu efikasniji, lagani su i koštaju manje od drugih varijanti. U solarnoj ćeliji od perovskita, sloj perovskita je u sendviču između prozirne elektrode na prednjoj strani i reflektirajuće elektrode na stražnjoj strani ćelije.Slojevi za transport elektroda i transport rupa su umetnuti između katodnog i anodnog interfejsa, što olakšava prikupljanje naelektrisanja na elektrodama.Postoje četiri klasifikacije perovskitnih solarnih ćelija zasnovane na morfološkoj strukturi i redosledu slojeva sloja za transport naelektrisanja: pravilne ravne, obrnute planarne, pravilne mezoporozne i obrnute mezoporozne strukture.Međutim, postoji nekoliko nedostataka tehnologije. Svjetlost, vlaga i kisik mogu izazvati njihovu degradaciju, njihova apsorpcija može biti neusklađena, a također imaju problema s rekombinacijom naboja bez zračenja. Perovskite mogu korodirati tečni elektroliti, što dovodi do problema sa stabilnošću.Da bi se ostvarile njihove praktične primjene, moraju se poboljšati njihova efikasnost konverzije energije i operativna stabilnost. Međutim, nedavni napredak u tehnologiji doveo je do perovskitnih solarnih ćelija sa efikasnošću od 25,5%, što znači da ne zaostaju mnogo za konvencionalnim silicijumskim fotonaponskim solarnim ćelijama.U tu svrhu istraženi su elementi rijetkih zemalja za primjenu u solarnim ćelijama od perovskita. Posjeduju fotofizička svojstva koja prevazilaze probleme. Njihova upotreba u solarnim ćelijama od perovskita će stoga poboljšati njihova svojstva, čineći ih održivijim za široku implementaciju rješenja za čistu energiju.Kako elementi rijetkih zemalja pomažu solarnim ćelijama perovskitaPostoje mnoga povoljna svojstva koja posjeduju elementi rijetkih zemalja koja se mogu koristiti za poboljšanje funkcije ove nove generacije solarnih ćelija. Prvo, potencijali oksidacije i redukcije u jonima rijetkih zemalja su reverzibilni, smanjujući vlastitu oksidaciju i redukciju ciljnog materijala. Osim toga, formiranje tankog filma može se regulirati dodavanjem ovih elemenata spajanjem i sa perovskitima i sa metalnim oksidima za prijenos naboja.Nadalje, fazna struktura i optoelektronska svojstva mogu se podesiti supstitucijskim ugrađivanjem u kristalnu rešetku. Pasivacija defekata može se uspješno postići ugradnjom u ciljni materijal ili intersticijsko na granicama zrna ili na površini materijala.Štaviše, infracrveni i ultraljubičasti fotoni mogu se pretvoriti u vidljivu svjetlost koja reaguje na perovskit zahvaljujući prisutnosti brojnih energetskih prelaznih orbita u jonima rijetke zemlje.Prednosti ovoga su dvostruke: izbjegava se oštećenje perovskita svjetlošću visokog intenziteta i proširuje raspon spektralnog odziva materijala. Upotreba retkozemnih elemenata značajno poboljšava stabilnost i efikasnost perovskitnih solarnih ćelija.Modificiranje morfologije tankih filmovaKao što je ranije spomenuto, elementi rijetkih zemalja mogu modificirati morfologiju tankih filmova koji se sastoje od metalnih oksida. Dobro je dokumentovano da morfologija donjeg transportnog sloja naelektrisanja utiče na morfologiju sloja perovskita i njegov kontakt sa slojem za transport naelektrisanja.Na primjer, dopiranje s ionima rijetkih zemalja sprječava agregaciju nanočestica SnO2 koje mogu uzrokovati strukturne defekte, a također ublažava stvaranje velikih kristala NiOx, stvarajući ujednačen i kompaktan sloj kristala. Dakle, tankoslojni filmovi ovih supstanci bez defekata mogu se postići dopiranjem rijetkih zemalja.Dodatno, sloj skele u perovskitnim ćelijama koje imaju mezoporoznu strukturu igra važnu ulogu u kontaktima između slojeva perovskita i transportnih slojeva naelektrisanja u solarnim ćelijama. Nanočestice u ovim strukturama mogu pokazati morfološke defekte i brojne granice zrna.To dovodi do štetne i ozbiljne rekombinacije naboja bez zračenja. Punjenje pora je također problem. Dopiranje s ionima rijetkih zemalja regulira rast skele i smanjuje defekte, stvarajući usklađene i ujednačene nanostrukture.Pružajući poboljšanja morfološke strukture perovskitnih i transportnih slojeva, joni rijetkih zemalja mogu poboljšati ukupne performanse i stabilnost perovskitnih solarnih ćelija, čineći ih pogodnijim za velike komercijalne primjene.BudućnostVažnost perovskitnih solarnih ćelija ne može se podcijeniti. One će pružiti superiorne kapacitete za proizvodnju energije po mnogo nižoj cijeni od trenutnih solarnih ćelija baziranih na silicijumu na tržištu. Studija je pokazala da dopiranje perovskita ionima retkih zemalja poboljšava njegova svojstva, što dovodi do poboljšanja efikasnosti i stabilnosti. To znači da su perovskitne solarne ćelije sa poboljšanim performansama korak bliže tome da postanu stvarnost.
