Uso de elementos de tierra rara para superar las limitaciones de las células solares
Uso de elementos de tierra rara para superar las limitaciones de las células solares
Fuente: Azo MaterialesCélulas solares de perovskitaLas células solares de perovskita tienen ventajas sobre la tecnología actual de células solares. Tienen el potencial de ser más eficientes, son 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 celda.El transporte de electrodos y las capas de transporte de orificios se insertan entre las interfaces de cátodo y ánodo, lo que facilita la recolección de carga en los electrodos.Hay cuatro clasificaciones de células solares de perovskita basadas en la estructura de la morfología y la secuencia de la capa de la capa de transporte de carga: estructuras planas, planas invertidas, mesoporosas regulares e invertidas.Sin embargo, existen varios inconvenientes con la tecnología. La luz, la humedad y el oxígeno pueden inducir su degradación, su absorción puede ser coincidente y también tienen problemas con la recombinación de carga no radiativa. Las perovskitas pueden ser corroídas por electrolitos líquidos, lo que lleva a 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 avances recientes en la tecnología han llevado a las células solares de perovskita con una eficiencia del 25.5%, lo que significa que no están muy lejos de las células solares fotovoltaicas de silicio convencionales.Con este fin, se han explorado elementos de tierra rara para aplicaciones en células solares de perovskita. Poseen propiedades fotofísicas que superan los problemas. Por lo tanto, usarlos en células solares de perovskita mejorará sus propiedades, lo que los hará más viables para la implementación a gran escala para soluciones de energía limpia.Cómo los elementos de tierras raras ayudan a las células solares de perovskitaHay muchas propiedades ventajosas que poseen elementos de tierras raras que pueden usarse para mejorar la función de esta nueva generación de células solares. En primer lugar, los potenciales de oxidación y reducción en iones de tierras raras son reversibles, lo que reduce la propia oxidación y reducción del material objetivo. Además, la formación de película delgada puede regularse mediante la adición de estos elementos acoplándolos con perovskitas y óxidos de metal de transporte de transporte de carga.Además, la estructura de fase y las propiedades optoelectrónicas se pueden ajustar incrustándolas sustitutionalmente en la red cristalina. La pasivación por defectos se puede lograr con éxito incrustándolos en el material objetivo, ya sea interstitialmente en los límites de grano o en la superficie del material.Además, los fotones infrarrojos y ultravioleta se pueden convertir en luz visible sensible a perovskita debido a la presencia de numerosas órbitas de transición energética en los iones de la tierra rara.Las ventajas de esto son dobles: evita que las perovskitas se dañen por la luz de alta intensidad y extienden el rango de respuesta espectral del material. El uso de elementos de tierras raras mejora significativamente la estabilidad y la eficiencia de las células solares de perovskita.Modificando las morfologías de películas delgadasComo se mencionó anteriormente, los elementos de tierras raras pueden modificar las morfologías de películas delgadas que consisten en 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 evita la agregación de nanopartículas de SNO2 que pueden causar defectos estructurales, y también mitiga la formación de grandes cristales de NiOx, creando una capa uniforme y compacta de cristales. Por lo tanto, las películas de capa delgada de estas sustancias sin defectos se pueden lograr con dopaje de tierra rara.Además, la capa de andamio en las células de perovskita que tienen una estructura mesoporosa juega un papel importante en los contactos entre las capas de transporte de perovskita y de carga en las células solares. Las nanopartículas en estas estructuras pueden mostrar defectos morfológicos y numerosos límites de grano.Esto conduce a una recombinación de carga no radiativa adversa y grave. El llenado de poros también es un problema. El dopaje con iones de tierra rara regula el crecimiento del andamio y reduce los defectos, creando nanoestructuras alineadas y uniformes.Al proporcionar mejoras para la estructura morfológica de las capas de transporte de perovskita y de carga, los iones de tierras raras pueden mejorar el rendimiento general y la estabilidad de las células solares de perovskita, lo que las hace más adecuadas para aplicaciones comerciales a gran escala.El futuroLa importancia de las células solares de perovskita no puede ser subestimada. Proporcionarán una capacidad de generación de energía superior para un costo mucho más bajo que las células solares basadas en silicio actuales en el mercado. El estudio ha demostrado que la perovskita de dopaje con iones de tierra rara mejora sus propiedades, lo que lleva a mejoras en la eficiencia y la estabilidad. Esto significa que las células solares de perovskita con un rendimiento mejorado están un paso más cerca de convertirse en una realidad.
