Utiliser des éléments de terres rares pour surmonter les limites des cellules solaires
Utiliser des éléments de terres rares pour surmonter les limites des cellules solaires
source:Matériaux AZOCellules solaires pérovskitesLes cellules solaires à pérovskite présentent des avantages par rapport à la technologie actuelle des cellules solaires. Ils ont le potentiel d’être plus efficaces, sont légers et coûtent moins cher que les autres variantes. Dans une cellule solaire à pérovskite, la couche de pérovskite est prise en sandwich entre une électrode transparente à l'avant et une électrode réfléchissante à l'arrière de la cellule.Des couches de transport d'électrodes et de transport de trous sont insérées entre les interfaces cathodiques et anodiques, ce qui facilite la collecte de charges au niveau des électrodes.Il existe quatre classifications de cellules solaires à pérovskite basées sur la structure morphologique et la séquence des couches de la couche de transport de charge : structures planes régulières, planes inversées, mésoporeuses régulières et mésoporeuses inversées.Cependant, cette technologie présente plusieurs inconvénients. La lumière, l’humidité et l’oxygène peuvent provoquer leur dégradation, leur absorption peut ne pas correspondre et ils ont également des problèmes de recombinaison des charges non radiatives. Les pérovskites peuvent être corrodées par les électrolytes liquides, entraînant des problèmes de stabilité.Pour réaliser leurs applications pratiques, des améliorations doivent être apportées à leur efficacité de conversion de puissance et à leur stabilité opérationnelle. Cependant, les progrès technologiques récents ont conduit à des cellules solaires à pérovskite avec un rendement de 25,5 %, ce qui signifie qu'elles ne sont pas loin derrière les cellules solaires photovoltaïques au silicium conventionnelles.À cette fin, des éléments de terres rares ont été explorés pour des applications dans les cellules solaires à pérovskite. Ils possèdent des propriétés photophysiques qui résolvent les problèmes. Leur utilisation dans des cellules solaires à pérovskite améliorera donc leurs propriétés, les rendant plus viables pour une mise en œuvre à grande échelle de solutions énergétiques propres.Comment les éléments de terres rares aident les cellules solaires pérovskitesLes éléments des terres rares possèdent de nombreuses propriétés avantageuses qui peuvent être utilisées pour améliorer le fonctionnement de cette nouvelle génération de cellules solaires. Premièrement, les potentiels d'oxydation et de réduction des ions de terres rares sont réversibles, réduisant ainsi l'oxydation et la réduction du matériau cible. De plus, la formation de couches minces peut être régulée par l’ajout de ces éléments en les couplant à la fois avec des pérovskites et des oxydes métalliques de transport de charge.De plus, la structure de phase et les propriétés optoélectroniques peuvent être ajustées en les intégrant de manière substitutionnelle dans le réseau cristallin. La passivation des défauts peut être obtenue avec succès en les incorporant dans le matériau cible, soit de manière interstitielle au niveau des joints de grains, soit à la surface du matériau.De plus, les photons infrarouges et ultraviolets peuvent être convertis en lumière visible sensible aux pérovskites en raison de la présence de nombreuses orbites de transition énergétique dans les ions des terres rares.Les avantages sont doubles : cela évite que les pérovskites ne soient endommagées par une lumière de haute intensité et étend la plage de réponse spectrale du matériau. L'utilisation d'éléments de terres rares améliore considérablement la stabilité et l'efficacité des cellules solaires à pérovskite.Modification des morphologies des couches mincesComme mentionné précédemment, les éléments des terres rares peuvent modifier la morphologie des films minces constitués d'oxydes métalliques. Il est bien documenté que la morphologie de la couche de transport de charge sous-jacente influence la morphologie de la couche de pérovskite et son contact avec la couche de transport de charge.Par exemple, le dopage avec des ions de terres rares empêche l’agrégation de nanoparticules de SnO2 pouvant provoquer des défauts structurels, et atténue également la formation de gros cristaux de NiOx, créant ainsi une couche de cristaux uniforme et compacte. Ainsi, des films en couches minces de ces substances sans défauts peuvent être obtenus grâce au dopage aux terres rares.De plus, la couche d'échafaudage des cellules pérovskites qui ont une structure mésoporeuse joue un rôle important dans les contacts entre la pérovskite et les couches de transport de charge dans les cellules solaires. Les nanoparticules de ces structures peuvent présenter des défauts morphologiques et de nombreux joints de grains.Cela conduit à une recombinaison de charges non radiatives défavorable et grave. Le remplissage des pores est également un problème. Le dopage aux ions de terres rares régule la croissance de l’échafaudage et réduit les défauts, créant ainsi des nanostructures alignées et uniformes.En apportant des améliorations à la structure morphologique de la pérovskite et aux couches de transport de charge, les ions de terres rares peuvent améliorer les performances globales et la stabilité des cellules solaires à pérovskite, les rendant ainsi plus adaptées aux applications commerciales à grande échelle.L'avenirL’importance des cellules solaires à pérovskite ne peut être sous-estimée. Elles fourniront une capacité de production d’énergie supérieure à un coût bien inférieur à celui des cellules solaires à base de silicium actuellement disponibles sur le marché. L’étude a démontré que le dopage de la pérovskite avec des ions de terres rares améliore ses propriétés, entraînant ainsi des améliorations en termes d’efficacité et de stabilité. Cela signifie que les cellules solaires à pérovskite aux performances améliorées sont sur le point de devenir une réalité.
