Brug af sjældne jordarters elementer til at overvinde begrænsninger af solceller
Brug af sjældne jordarters elementer til at overvinde begrænsninger af solceller
kilde: AZO materialerPerovskite solcellerPerovskite solceller har fordele i forhold til den nuværende solcelleteknologi. De har potentialet til at være mere effektive, er lette og koster mindre end andre varianter. I en perovskit-solcelle er laget af perovskit klemt mellem en gennemsigtig elektrode foran og en reflekterende elektrode på bagsiden af cellen.Elektrodetransport- og hultransportlag er indsat mellem katode- og anodegrænseflader, hvilket letter ladningsopsamling ved elektroderne.Der er fire klassifikationer af perovskit-solceller baseret på morfologistruktur og lagsekvens af ladningstransportlaget: regulære plane, omvendte plane, regulære mesoporøse og inverterede mesoporøse strukturer.Der er dog flere ulemper ved teknologien. Lys, fugt og ilt kan inducere deres nedbrydning, deres absorption kan være uoverensstemmende, og de har også problemer med ikke-strålende ladningsrekombination. Perovskitter kan korroderes af flydende elektrolytter, hvilket fører til stabilitetsproblemer.For at realisere deres praktiske anvendelser skal der foretages forbedringer i deres effektkonverteringseffektivitet og driftsstabilitet. De seneste teknologiske fremskridt har dog ført til perovskit-solceller med en effektivitet på 25,5 %, hvilket betyder, at de ikke er langt bagefter konventionelle silicium-solceller.Til dette formål er sjældne jordarters grundstoffer blevet udforsket til anvendelse i perovskit-solceller. De besidder fotofysiske egenskaber, der overvinder problemerne. Brug af dem i perovskit-solceller vil derfor forbedre deres egenskaber, hvilket gør dem mere levedygtige til storskala implementering til rene energiløsninger.Hvordan sjældne jordarters elementer hjælper perovskite-solcellerDer er mange fordelagtige egenskaber, som sjældne jordarters grundstoffer besidder, som kan bruges til at forbedre funktionen af denne nye generation af solceller. For det første er oxidations- og reduktionspotentialer i sjældne jordarters ioner reversible, hvilket reducerer målmaterialets egen oxidation og reduktion. Derudover kan tyndfilmsdannelsen reguleres ved tilsætning af disse elementer ved at koble dem med både perovskitter og ladningstransportmetaloxider.Desuden kan fasestruktur og optoelektroniske egenskaber justeres ved substitutionelt at indlejre dem i krystalgitteret. Defektpassivering kan med succes opnås ved at indlejre dem i målmaterialet enten interstitielt ved korngrænserne eller på materialets overflade.Desuden kan infrarøde og ultraviolette fotoner omdannes til perovskit-reagerende synligt lys på grund af tilstedeværelsen af adskillige energiske overgangsbaner i de sjældne jordarters ioner.Fordelene ved dette er dobbelte: det undgår, at perovskitterne bliver beskadiget af lys med høj intensitet og udvider materialets spektrale responsområde. Brug af sjældne jordarters elementer forbedrer stabiliteten og effektiviteten af perovskit-solceller markant.Ændring af morfologier af tynde filmSom tidligere nævnt kan sjældne jordarters grundstoffer modificere morfologierne af tynde film bestående af metaloxider. Det er veldokumenteret, at morfologien af det underliggende ladningstransportlag påvirker morfologien af perovskitlaget og dets kontakt med ladningstransportlaget.For eksempel forhindrer doping med sjældne jordarters ioner aggregering af SnO2-nanopartikler, der kan forårsage strukturelle defekter, og mindsker også dannelsen af store NiOx-krystaller, hvilket skaber et ensartet og kompakt lag af krystaller. Således kan tynde lag film af disse stoffer uden defekter opnås med sjældne jordarters doping.Derudover spiller stilladslaget i perovskitceller, der har en mesoporøs struktur, en vigtig rolle i kontakterne mellem perovskit- og ladningstransportlagene i solcellerne. Nanopartiklerne i disse strukturer kan vise morfologiske defekter og talrige korngrænser.Dette fører til ugunstig og alvorlig ikke-strålende ladningsrekombination. Porefyldning er også et problem. Doping med sjældne jordarters ioner regulerer stilladsvæksten og reducerer defekter, hvilket skaber ensartede og ensartede nanostrukturer.Ved at tilvejebringe forbedringer af den morfologiske struktur af perovskit- og ladningstransportlag kan sjældne jordarters ioner forbedre den overordnede ydeevne og stabilitet af perovskit-solceller, hvilket gør dem mere velegnede til kommercielle anvendelser i stor skala.FremtidenBetydningen af perovskit-solceller kan ikke undervurderes. De vil give overlegen energiproduktionskapacitet til en meget lavere pris end de nuværende siliciumbaserede solceller på markedet. Undersøgelsen har vist, at doping af perovskit med sjældne jordarters ioner forbedrer dets egenskaber, hvilket fører til forbedringer i effektivitet og stabilitet. Det betyder, at perovskit-solceller med forbedret ydeevne er et skridt nærmere at blive en realitet.
