Ús d'elements de terres rares per superar les limitacions de les cèl·lules solars
Ús d'elements de terres rares per superar les limitacions de les cèl·lules solars
font: materials AZOCèl·lules solars de perovskitaLes cèl·lules solars de perovskita tenen avantatges respecte a la tecnologia actual de cèl·lules solars. Tenen el potencial de ser més eficients, són lleugers i costen menys que altres variants. En una cèl·lula solar de perovskita, la capa de perovskita es troba entre un elèctrode transparent a la part davantera i un elèctrode reflectant a la part posterior de la cèl·lula.Les capes de transport d'elèctrodes i de transport de forats s'insereixen entre les interfícies de càtode i ànode, cosa que facilita la recollida de càrrega als elèctrodes.Hi ha quatre classificacions de cèl·lules solars perovskites basades en l'estructura morfològica i la seqüència de capes de la capa de transport de càrrega: estructures planar regular, planar invertida, mesoporosa regular i mesoporosa invertida.Tanmateix, hi ha diversos inconvenients amb la tecnologia. La llum, la humitat i l'oxigen poden induir la seva degradació, la seva absorció pot no coincidir i també tenen problemes amb la recombinació de càrrega no radiativa. Les perovskites es poden corroir per electròlits líquids, donant lloc a problemes d'estabilitat.Per realitzar les seves aplicacions pràctiques, s'han de millorar l'eficiència de conversió d'energia i l'estabilitat operativa. No obstant això, els últims avenços tecnològics han donat lloc a cèl·lules solars de perovskita amb una eficiència del 25,5%, la qual cosa significa que no estan lluny de les cèl·lules solars fotovoltaiques de silici convencionals.Amb aquesta finalitat, s'han explorat elements de terres rares per a aplicacions en cèl·lules solars perovskites. Tenen propietats fotofísiques que superen els problemes. Per tant, utilitzar-los en cèl·lules solars de perovskita millorarà les seves propietats, fent-les més viables per a la implementació a gran escala de solucions d'energia neta.Com els elements de les terres rares ajuden les cèl·lules solars de perovskitaHi ha moltes propietats avantatjoses que tenen els elements de terres rares que es poden utilitzar per millorar la funció d'aquesta nova generació de cèl·lules solars. En primer lloc, els potencials d'oxidació i reducció dels ions de terres rares són reversibles, reduint la pròpia oxidació i reducció del material objectiu. A més, la formació de pel·lícula prima es pot regular mitjançant l'addició d'aquests elements acoblant-los tant amb perovskites com amb òxids metàl·lics de transport de càrrega.A més, l'estructura de fase i les propietats optoelectròniques es poden ajustar substituint-les a la xarxa cristal·lina. La passivació dels defectes es pot aconseguir amb èxit incorporant-los al material objectiu, ja sigui intersticialment als límits del gra o a la superfície del material.A més, els fotons infrarojos i ultraviolats es poden convertir en llum visible sensible a la perovskita a causa de la presència de nombroses òrbites de transició energètica als ions de terres rares.Els avantatges d'això són dobles: evita que les perovskites es facin malbé per la llum d'alta intensitat i amplia el rang de resposta espectral del material. L'ús d'elements de terres rares millora significativament l'estabilitat i l'eficiència de les cèl·lules solars de perovskita.Modificació de morfologies de pel·lícules primesCom s'ha esmentat anteriorment, els elements de terres rares poden modificar la morfologia de les pel·lícules primes constituïdes per òxids metàl·lics. Està ben documentat que la morfologia de la capa de transport de càrrega subjacent influeix en la morfologia de la capa de perovskita i el seu contacte amb la capa de transport de càrrega.Per exemple, el dopatge amb ions de terres rares evita l'agregació de nanopartícules de SnO2 que poden causar defectes estructurals, i també mitiga la formació de grans cristalls de NiOx, creant una capa uniforme i compacta de cristalls. Així, es poden aconseguir pel·lícules de capa fina d'aquestes substàncies sense defectes amb el dopatge de terres rares.A més, la capa de bastida de les cèl·lules de perovskita que tenen una estructura mesoporosa té un paper important en els contactes entre la perovskita i les capes de transport de càrrega a les cèl·lules solars. Les nanopartícules d'aquestes estructures poden mostrar defectes morfològics i nombrosos límits de gra.Això condueix a una recombinació de càrrega no radiativa adversa i greu. L'ompliment dels porus també és un problema. El dopatge amb ions de terres rares regula el creixement de la bastida i redueix els defectes, creant nanoestructures alineades i uniformes.En aportar millores a l'estructura morfològica de les capes de transport de càrrega i perovskita, els ions de terres rares poden millorar el rendiment i l'estabilitat generals de les cèl·lules solars de perovskita, fent-les més adequades per a aplicacions comercials a gran escala.El futurLa importància de les cèl·lules solars de perovskita no es pot subestimar. Proporcionaran una capacitat de generació d'energia superior a un cost molt més baix que les actuals cèl·lules solars basades en silici al mercat. L'estudi ha demostrat que dopar la perovskita amb ions de terres rares millora les seves propietats, donant lloc a millores en eficiència i estabilitat. Això significa que les cèl·lules solars de perovskita amb un rendiment millorat estan un pas més a prop de convertir-se en una realitat.
