استفاده از عناصر کمیاب برای غلبه بر محدودیت های سلول های خورشیدی
استفاده از عناصر کمیاب برای غلبه بر محدودیت های سلول های خورشیدی
منبع: مواد AZOسلول های خورشیدی پروسکایتسلول های خورشیدی پروسکایت نسبت به فناوری سلول های خورشیدی فعلی مزایایی دارند. آنها پتانسیل کارآمدتر بودن، سبک وزن و هزینه کمتری نسبت به سایر انواع دارند. در سلول خورشیدی پروسکایت، لایه پروسکایت بین یک الکترود شفاف در جلو و یک الکترود بازتابنده در پشت سلول قرار می‌گیرد.لایه های انتقال الکترود و انتقال سوراخ بین رابط های کاتد و آند قرار می گیرند که جمع آوری بار در الکترودها را تسهیل می کند.چهار طبقه‌بندی سلول‌های خورشیدی پروسکایت بر اساس ساختار مورفولوژیکی و توالی لایه‌های لایه انتقال بار وجود دارد: ساختارهای مسطح منظم، مسطح معکوس، ساختارهای مزو متخلخل منظم و ساختارهای مزوپور معکوس.با این حال، چندین معایب با این فناوری وجود دارد. نور، رطوبت و اکسیژن می‌توانند باعث تخریب آنها شوند، جذب آنها ممکن است ناهماهنگ باشد، و همچنین مشکلاتی با نوترکیب بار غیر تشعشعی دارند. پروسکایت ها می توانند توسط الکترولیت های مایع خورده شوند که منجر به مشکلات پایداری می شود.برای تحقق کاربردهای عملی آنها، باید در راندمان تبدیل توان و پایداری عملیاتی آنها بهبودهایی صورت گیرد. با این حال، پیشرفت های اخیر در فناوری منجر به تولید سلول های خورشیدی پروسکایت با بازده 25.5 درصد شده است، به این معنی که آنها از سلول های خورشیدی فتوولتائیک سیلیکونی معمولی فاصله زیادی ندارند.برای این منظور، عناصر خاکی کمیاب برای کاربرد در سلول های خورشیدی پروسکایت مورد بررسی قرار گرفته اند. آنها دارای خواص فوتوفیزیکی هستند که بر مشکلات غلبه می کنند. بنابراین استفاده از آنها در سلول های خورشیدی پروسکایت خواص آنها را بهبود می بخشد و آنها را برای اجرای مقیاس بزرگ برای راه حل های انرژی پاک قابل دوام تر می کند.چگونه عناصر کمیاب زمینی به سلول های خورشیدی پروسکایت کمک می کنند؟عناصر خاکی کمیاب دارای خواص سودمند بسیاری هستند که می توان از آنها برای بهبود عملکرد این نسل جدید سلول های خورشیدی استفاده کرد. اولاً، پتانسیل های اکسیداسیون و کاهش در یون های کمیاب خاکی برگشت پذیر است و اکسیداسیون و کاهش خود ماده هدف را کاهش می دهد. علاوه بر این، تشکیل لایه نازک را می توان با افزودن این عناصر با جفت کردن آنها با پروسکایت ها و اکسیدهای فلزی حامل بار تنظیم کرد.علاوه بر این، ساختار فاز و خواص نوری الکترونیکی را می توان با جاسازی آنها در شبکه کریستالی تنظیم کرد. غیرفعال سازی نقص را می توان با جاسازی آنها در ماده هدف به صورت بینابینی در مرزهای دانه یا روی سطح ماده به طور موفقیت آمیزی به دست آورد.علاوه بر این، فوتون‌های مادون قرمز و فرابنفش را می‌توان به نور مرئی پاسخ‌دهنده به پروسکایت به دلیل وجود مدارهای انتقال پرانرژی متعدد در یون‌های خاکی کمیاب تبدیل کرد.مزایای این دو مورد است: از آسیب دیدن پروسکایت ها توسط نور با شدت بالا جلوگیری می کند و دامنه پاسخ طیفی مواد را گسترش می دهد. استفاده از عناصر خاکی کمیاب به طور قابل توجهی پایداری و کارایی سلول های خورشیدی پروسکایت را بهبود می بخشد.اصلاح مورفولوژی لایه های نازکهمانطور که قبلا ذکر شد، عناصر خاکی کمیاب می توانند مورفولوژی لایه های نازک متشکل از اکسیدهای فلزی را تغییر دهند. به خوبی مستند شده است که مورفولوژی لایه انتقال بار زیرین بر مورفولوژی لایه پروسکایت و تماس آن با لایه انتقال بار تأثیر می گذارد.به عنوان مثال، دوپینگ با یون‌های کمیاب از تجمع نانوذرات SnO2 که می‌تواند باعث نقص‌های ساختاری شود، جلوگیری می‌کند و همچنین تشکیل کریستال‌های بزرگ NiOx را کاهش می‌دهد و لایه‌ای یکنواخت و فشرده از کریستال‌ها ایجاد می‌کند. بنابراین، فیلم های لایه نازک این مواد بدون نقص را می توان با دوپینگ خاکی کمیاب به دست آورد.علاوه بر این، لایه داربست در سلول های پروسکایتی که ساختار مزوپور دارند، نقش مهمی در تماس بین لایه های پروسکایت و انتقال بار در سلول های خورشیدی ایفا می کند. نانوذرات در این ساختارها می‌توانند عیوب مورفولوژیکی و مرزهای دانه‌های متعددی را نشان دهند.این منجر به نوترکیبی بار غیر تشعشعی نامطلوب و جدی می شود. پر شدن منافذ نیز یک مسئله است. دوپینگ با یون‌های کمیاب، رشد داربست را تنظیم می‌کند و نقص‌ها را کاهش می‌دهد و نانوساختارهای همسو و یکنواخت ایجاد می‌کند.یون های خاکی کمیاب با ارائه بهبودهایی برای ساختار مورفولوژیکی لایه های پروسکایت و انتقال بار، می توانند عملکرد کلی و پایداری سلول های خورشیدی پروسکایت را بهبود بخشند و آنها را برای کاربردهای تجاری در مقیاس بزرگ مناسب تر کنند.آیندهاهمیت سلول های خورشیدی پروسکایت را نمی توان دست کم گرفت. آنها ظرفیت تولید انرژی برتر را با هزینه بسیار کمتر نسبت به سلول های خورشیدی مبتنی بر سیلیکون موجود در بازار فراهم می کنند. این مطالعه نشان داده است که دوپینگ پروسکایت با یون های خاکی کمیاب خواص آن را بهبود می بخشد و منجر به بهبود کارایی و پایداری می شود. این بدان معنی است که سلول های خورشیدی پروسکایت با عملکرد بهبود یافته یک گام به واقعیت نزدیک تر هستند.
