Korištenje elemenata rijetke zemlje za prevladavanje ograničenja solarnih ćelija
Korištenje elemenata rijetke zemlje za prevladavanje ograničenja solarnih ćelija
izvor: AZO materijaliPerovskitne solarne ćelijePerovskitne solarne ćelije imaju prednosti u odnosu na trenutnu tehnologiju solarnih ćelija. Imaju potencijal da budu učinkovitiji, lagani su i koštaju manje od ostalih varijanti. U perovskitnoj solarnoj ćeliji, sloj perovskita je stisnut između prozirne elektrode na prednjoj strani i reflektirajuće elektrode na stražnjoj strani ćelije.Slojevi za transport elektroda i transport rupa umetnuti su između sučelja katode i anode, što olakšava prikupljanje naboja na elektrodama.Postoje četiri klasifikacije perovskitnih solarnih ćelija na temelju morfološke strukture i slijeda slojeva sloja za prijenos naboja: regularne planarne, invertirane planarne, pravilne mezoporozne i invertirane mezoporozne strukture.Međutim, tehnologija ima nekoliko nedostataka. Svjetlost, vlaga i kisik mogu potaknuti njihovu degradaciju, njihova apsorpcija može biti neusklađena, a također imaju problema s rekombinacijom naboja bez zračenja. Perovskite mogu nagrizati tekući elektroliti, što dovodi do problema sa stabilnošću.Kako bi se ostvarila njihova praktična primjena, moraju se poboljšati njihova učinkovitost pretvorbe energije i radna stabilnost. Međutim, nedavni napredak u tehnologiji doveo je do perovskitnih solarnih ćelija s učinkovitošću od 25,5%, što znači da ne zaostaju mnogo za konvencionalnim silicijskim fotonaponskim solarnim ćelijama.U tu su svrhu istraživani elementi rijetkih zemalja za primjenu u perovskitnim solarnim ćelijama. Posjeduju fotofizička svojstva koja prevladavaju probleme. Njihova uporaba u perovskitnim solarnim ćelijama stoga će poboljšati njihova svojstva, čineći ih održivijima za implementaciju velikih razmjera za rješenja čiste energije.Kako elementi rijetke zemlje pomažu perovskitnim solarnim ćelijamaPostoje mnoga korisna svojstva koja posjeduju elementi rijetke zemlje, a koja se mogu koristiti za poboljšanje funkcije ove nove generacije solarnih ćelija. Prvo, potencijali oksidacije i redukcije u ionima rijetkih zemalja su reverzibilni, smanjujući vlastitu oksidaciju i redukciju ciljnog materijala. Nadalje, stvaranje tankog filma može se regulirati dodavanjem ovih elemenata njihovim spajanjem s perovskitima i metalnim oksidima za prijenos naboja.Nadalje, fazna struktura i optoelektronička svojstva mogu se prilagoditi njihovim supstitucijskim ugrađivanjem u kristalnu rešetku. Pasivacija defekata može se uspješno postići njihovim ugrađivanjem u ciljni materijal bilo intersticijski na granicama zrna ili na površini materijala.Štoviše, infracrveni i ultraljubičasti fotoni mogu se pretvoriti u vidljivu svjetlost koja reagira na perovskit zahvaljujući prisutnosti brojnih energetskih prijelaznih orbita u ionima rijetkih zemalja.Prednosti ovoga su dvostruke: izbjegava se oštećenje perovskita svjetlom visokog intenziteta i proširuje raspon spektralnog odgovora materijala. Korištenje elemenata rijetke zemlje značajno poboljšava stabilnost i učinkovitost perovskitnih solarnih ćelija.Modificiranje morfologije tankih filmovaKao što je ranije spomenuto, elementi rijetke zemlje mogu modificirati morfologiju tankih filmova koji se sastoje od metalnih oksida. Dobro je dokumentirano da morfologija donjeg sloja za prijenos naboja utječe na morfologiju sloja perovskita i njegov kontakt sa slojem za prijenos naboja.Na primjer, dopiranje ionima rijetkih zemalja sprječava agregaciju nanočestica SnO2 koje mogu uzrokovati strukturne nedostatke, a također ublažava stvaranje velikih NiOx kristala, stvarajući ujednačen i kompaktan sloj kristala. Stoga se tankoslojni filmovi ovih tvari bez nedostataka mogu postići dopiranjem rijetkim zemljama.Osim toga, sloj skele u perovskitnim stanicama koje imaju mezoporoznu strukturu igra važnu ulogu u kontaktima između perovskita i slojeva za prijenos naboja u solarnim ćelijama. Nanočestice u tim strukturama mogu pokazati morfološke nedostatke i brojne granice zrna.To dovodi do nepovoljne i ozbiljne rekombinacije naboja bez zračenja. Punjenje pora također je problem. Dopiranje ionima rijetkih zemalja regulira rast skele i smanjuje nedostatke, stvarajući poravnate i jednolike nanostrukture.Omogućavanjem poboljšanja morfološke strukture perovskita i slojeva za prijenos naboja, ioni rijetkih zemalja mogu poboljšati ukupnu izvedbu i stabilnost perovskitnih solarnih ćelija, čineći ih prikladnijima za velike komercijalne primjene.BudućnostVažnost perovskitnih solarnih ćelija ne može se podcijeniti. One će osigurati vrhunski kapacitet proizvodnje energije za puno nižu cijenu od trenutnih solarnih ćelija na bazi silicija na tržištu. Studija je pokazala da dopiranje perovskita ionima rijetkih zemalja poboljšava njegova svojstva, što dovodi do poboljšanja učinkovitosti i stabilnosti. To znači da su perovskitne solarne ćelije s poboljšanim performansama korak bliže tome da postanu stvarnost.
