Uso de elementos de tierras raras para superar las limitaciones de las células solares
Uso de elementos de tierras raras para superar las limitaciones de las células solares
fuente: materiales AZOCélulas solares de perovskitaLas células solares de perovskita tienen ventajas sobre la tecnología de células solares actual. Tienen el potencial de ser más eficientes, livianos y cuestan menos que otras variantes. En una célula solar de perovskita, la capa de perovskita se intercala entre un electrodo transparente en la parte delantera y un electrodo reflectante en la parte posterior de la célula.Las capas de transporte de electrodos y de transporte de orificios se insertan entre las interfaces del cátodo y del ánodo, lo que facilita la recolección de carga en los electrodos.Hay cuatro clasificaciones de células solares de perovskita basadas en la estructura morfológica y la secuencia de capas de la capa de transporte de carga: estructuras planas regulares, planas invertidas, mesoporosas regulares y mesoporosas invertidas.Sin embargo, existen varios inconvenientes con la tecnología. La luz, la humedad y el oxígeno pueden inducir su degradación, su absorción puede no coincidir y también tienen problemas con la recombinación de cargas no radiativas. Las perovskitas pueden sufrir corrosión por electrolitos líquidos, lo que genera problemas de estabilidad.Para realizar sus aplicaciones prácticas, se deben realizar mejoras en su eficiencia de conversión de energía y estabilidad operativa. Sin embargo, los recientes avances tecnológicos han dado lugar a células solares de perovskita con una eficiencia del 25,5%, lo que significa que no se quedan atrás de las células solares fotovoltaicas de silicio convencionales.Con este fin, se han explorado elementos de tierras raras para aplicaciones en células solares de perovskita. Poseen propiedades fotofísicas que superan los problemas. Por lo tanto, su uso en células solares de perovskita mejorará sus propiedades, haciéndolas más viables para la implementación a gran escala de soluciones de energía limpia.Cómo los elementos de tierras raras ayudan a las células solares de perovskitaSon muchas las propiedades ventajosas que poseen las tierras raras y que pueden utilizarse para mejorar el funcionamiento de esta nueva generación de células solares. En primer lugar, los potenciales de oxidación y reducción de los iones de tierras raras son reversibles, lo que reduce la oxidación y reducción del propio material objetivo. Además, la formación de películas delgadas se puede regular mediante la adición de estos elementos acoplándolos tanto con perovskitas como con óxidos metálicos de transporte de carga.Además, la estructura de fase y las propiedades optoelectrónicas se pueden ajustar incrustándolas por sustitución en la red cristalina. La pasivación de defectos se puede lograr con éxito incrustándolos en el material objetivo, ya sea intersticialmente en los límites de los granos o en la superficie del material.Además, los fotones infrarrojos y ultravioleta se pueden convertir en luz visible sensible a la perovskita debido a la presencia de numerosas órbitas de transición energética en los iones de tierras raras.Las ventajas de esto son dobles: evita que las perovskitas resulten dañadas por la luz de alta intensidad y amplía el rango de respuesta espectral del material. El uso de elementos de tierras raras mejora significativamente la estabilidad y eficiencia de las células solares de perovskita.Modificación de morfologías de películas delgadasComo se mencionó anteriormente, las tierras raras pueden modificar la morfología de películas delgadas formadas por óxidos metálicos. Está bien documentado que la morfología de la capa de transporte de carga subyacente influye en la morfología de la capa de perovskita y su contacto con la capa de transporte de carga.Por ejemplo, el dopaje con iones de tierras raras previene la agregación de nanopartículas de SnO2 que pueden causar defectos estructurales y también mitiga la formación de grandes cristales de NiOx, creando una capa de cristales uniforme y compacta. De este modo, con el dopado con tierras raras se pueden conseguir películas de capa fina y sin defectos de estas sustancias.Además, la capa de andamio en las células de perovskita que tienen una estructura mesoporosa juega un papel importante en los contactos entre la perovskita y las capas de transporte de carga en las células solares. Las nanopartículas de estas estructuras pueden presentar defectos morfológicos y numerosos límites de grano.Esto conduce a una recombinación de cargas no radiativas adversa y grave. El llenado de los poros también es un problema. El dopaje con iones de tierras raras regula el crecimiento del andamio y reduce los defectos, creando nanoestructuras alineadas y uniformes.Al proporcionar mejoras en la estructura morfológica de la perovskita y las capas de transporte de carga, los iones de tierras raras pueden mejorar el rendimiento general y la estabilidad de las células solares de perovskita, haciéndolas más adecuadas para aplicaciones comerciales a gran escala.El futuroNo se puede subestimar la importancia de las células solares de perovskita. Proporcionarán una capacidad de generación de energía superior a un costo mucho menor que las actuales células solares basadas en silicio en el mercado. El estudio ha demostrado que el dopado de perovskita con iones de tierras raras mejora sus propiedades, lo que conduce a mejoras en la eficiencia y la estabilidad. Esto significa que las células solares de perovskita con rendimiento mejorado están un paso más cerca de convertirse en realidad.
