Usando elementos de terras raras para superar as limitacións das células solares
Usando elementos de terras raras para superar as limitacións das células solares
fonte: materiais AZOCélulas solares de perovskitaAs células solares de perovskita teñen vantaxes sobre a tecnoloxía actual de células solares. Teñen o potencial de ser máis eficientes, son lixeiros e custan menos que outras variantes. Nunha célula solar de perovskita, a capa de perovskita está entre un eléctrodo transparente na parte frontal e un eléctrodo reflector na parte traseira da célula.As capas de transporte de electrodos e buratos insírense entre as interfaces do cátodo e do ánodo, o que facilita a recollida de carga nos electrodos.Existen catro clasificacións de células solares de perovskita baseadas na estrutura morfolóxica e na secuencia de capas da capa de transporte de carga: estruturas planas regulares, planas invertidas, mesoporosas regulares e mesoporosas invertidas.Non obstante, existen varios inconvenientes coa tecnoloxía. A luz, a humidade e o osíxeno poden inducir a súa degradación, a súa absorción pode non coincidir e tamén teñen problemas coa recombinación de cargas non radiativas. As perovskitas poden ser corroídas por electrólitos líquidos, o que provoca problemas de estabilidade.Para realizar as súas aplicacións prácticas, hai que mellorar a súa eficiencia de conversión de enerxía e estabilidade operativa. Non obstante, os recentes avances tecnolóxicos levaron a células solares de perovskita cunha eficiencia do 25,5%, o que significa que non están lonxe das células solares fotovoltaicas de silicio convencionais.Para este fin, exploráronse elementos de terras raras para aplicacións en células solares de perovskita. Posúen propiedades fotofísicas que superan os problemas. Usalos en células solares de perovskita mellorará as súas propiedades, facéndoas máis viables para a implementación a gran escala de solucións de enerxía limpa.Como os elementos das terras raras axudan ás células solares de perovskitaHai moitas propiedades vantaxosas que posúen os elementos das terras raras que se poden utilizar para mellorar a función desta nova xeración de células solares. En primeiro lugar, os potenciais de oxidación e redución dos ións de terras raras son reversibles, reducindo a oxidación e redución do propio material obxectivo. Ademais, a formación de película delgada pódese regular coa adición destes elementos acoplándoos tanto con perovskitas como con óxidos metálicos de transporte de carga.Ademais, a estrutura de fase e as propiedades optoelectrónicas pódense axustar incrustándoas de forma substitutiva na rede cristalina. A pasivación dos defectos pódese conseguir con éxito incrustandoos no material obxectivo, ben de forma intersticial nos límites dos grans ou na superficie do material.Ademais, os fotóns infravermellos e ultravioleta poden converterse en luz visible sensible á perovskita debido á presenza de numerosas órbitas de transición enerxética nos ións de terras raras.As vantaxes disto son dúas: evita que as perovskitas sexan danadas pola luz de alta intensidade e amplía o rango de resposta espectral do material. O uso de elementos de terras raras mellora significativamente a estabilidade e a eficiencia das células solares de perovskita.Modificación de morfoloxías de películas finasComo se mencionou anteriormente, os elementos de terras raras poden modificar a morfoloxía de películas finas constituídas por óxidos metálicos. Está ben documentado que a morfoloxía da capa de transporte de carga subxacente inflúe na morfoloxía da capa de perovskita e no seu contacto coa capa de transporte de carga.Por exemplo, a dopaxe con ións de terras raras evita a agregación de nanopartículas de SnO2 que poden causar defectos estruturais, e tamén mitiga a formación de grandes cristais de NiOx, creando unha capa uniforme e compacta de cristais. Así, pódense conseguir películas de capa fina destas substancias sen defectos coa dopaxe de terras raras.Ademais, a capa de andamio nas células de perovskita que teñen unha estrutura mesoporosa xoga un papel importante nos contactos entre a perovskita e as capas de transporte de carga nas células solares. As nanopartículas destas estruturas poden mostrar defectos morfolóxicos e numerosos límites de grans.Isto leva a unha recombinación de cargas non radiativas adversa e grave. O recheo de poros tamén é un problema. A dopaxe con ións de terras raras regula o crecemento do andamio e reduce os defectos, creando nanoestruturas aliñadas e uniformes.Ao proporcionar melloras na estrutura morfolóxica das capas de transporte de carga e de perovskita, os ións de terras raras poden mellorar o rendemento e a estabilidade xerais das células solares de perovskita, facéndoas máis adecuadas para aplicacións comerciais a gran escala.O FuturoNon se pode subestimar a importancia das células solares de perovskita. Proporcionarán unha capacidade de xeración de enerxía superior a un custo moito menor que as actuais células solares baseadas en silicio no mercado. O estudo demostrou que dopando a perovskita con ións de terras raras mellora as súas propiedades, o que leva a melloras na eficiencia e estabilidade. Isto significa que as células solares de perovskita cun rendemento mellorado están un paso máis preto de converterse nunha realidade.
