Ritkaföldfém-elemek használata a napelemek korlátainak leküzdésére
Ritkaföldfém-elemek használata a napelemek korlátainak leküzdésére
forrás:AZO anyagokPerovskit napelemekA perovskit napelemek előnyei a jelenlegi napelem-technológiához képest. Lehetséges, hogy hatékonyabbak, könnyűek és olcsóbbak, mint más változatok. A perovszkit napelemben a perovszkit réteg egy elülső átlátszó elektróda és egy visszaverő elektróda között van a cella hátulján.A katód és az anód interfészek közé elektródát szállító és lyuktranszport rétegeket helyeznek el, ami megkönnyíti a töltésgyűjtést az elektródákon.A perovszkit napelemek négy osztályozása létezik a töltéstranszport réteg morfológiai szerkezete és rétegsorrendje alapján: szabályos sík, fordított sík, szabályos mezopórusos és fordított mezopórusos szerkezetek.A technológiának azonban számos hátránya van. A fény, a nedvesség és az oxigén lebomlását idézheti elő, abszorpciójuk nem illeszkedik egymáshoz, és a nem sugárzó töltésrekombinációval is problémáik vannak. A perovszkitokat folyékony elektrolitok korrodálhatják, ami stabilitási problémákhoz vezethet.Gyakorlati alkalmazásuk megvalósításához javítani kell a teljesítményátalakítási hatékonyságukat és a működési stabilitásukat. A legújabb technológiai fejlődés azonban 25,5%-os hatásfokú perovszkit napelemekhez vezetett, ami azt jelenti, hogy nem sokkal maradnak el a hagyományos szilícium fotovoltaikus napelemektől.Ebből a célból ritkaföldfém elemeket tártak fel perovszkit napelemekben való alkalmazásra. Olyan fotofizikai tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyek legyőzik a problémákat. A perovszkit napelemekben való felhasználásuk ezért javítja tulajdonságaikat, így életképesebbek lesznek a tiszta energia megoldások nagy léptékű megvalósításához.Hogyan segítik a ritkaföldfémek a perovszkit napelemeketA ritkaföldfém elemeknek számos olyan előnyös tulajdonsága van, amelyek felhasználhatók az új generációs napelemek működésének javítására. Először is, a ritkaföldfém-ionok oxidációs és redukciós potenciálja reverzibilis, csökkentve a célanyag saját oxidációját és redukcióját. Ezen túlmenően a vékonyréteg-képződés szabályozható ezen elemek hozzáadásával, úgy, hogy mind perovszkitokkal, mind töltésszállító fém-oxidokkal kapcsolják össze őket.Továbbá a fázisszerkezet és az optoelektronikai tulajdonságok beállíthatók a kristályrácsba történő szubsztitúciós beágyazással. A hibás passziválás sikeresen megvalósítható, ha azokat a szemcsehatárokon vagy az anyag felületén intersticiálisan beágyazzuk a célanyagba.Ezenkívül az infravörös és ultraibolya fotonok a ritkaföldfém-ionokban lévő számos energetikai átmeneti pálya jelenléte miatt perovszkit-érzékeny látható fénnyé alakíthatók.Ennek kettős előnye van: elkerüli, hogy a perovszkitokat a nagy intenzitású fény károsítsa, és kiterjeszti az anyag spektrális választartományát. A ritkaföldfém elemek használata jelentősen javítja a perovszkit napelemek stabilitását és hatékonyságát.Vékony filmek morfológiájának módosításaAmint azt korábban említettük, a ritkaföldfém elemek módosíthatják a fém-oxidokból álló vékony filmek morfológiáját. Jól dokumentált, hogy az alatta lévő töltésszállító réteg morfológiája befolyásolja a perovszkit réteg morfológiáját és a töltésszállító réteggel való érintkezését.Például a ritkaföldfém-ionokkal való adalékolás megakadályozza az SnO2 nanorészecskék aggregációját, ami szerkezeti hibákat okozhat, és csökkenti a nagyméretű NiOx kristályok képződését is, így egységes és tömör kristályréteg jön létre. Így ritkaföldfém-adalékolással ezekből az anyagokból hibamentes vékony réteg filmeket lehet elérni.Ezenkívül a mezopórusos szerkezetű perovszkit cellákban lévő állványréteg fontos szerepet játszik a perovszkit és a töltésszállító rétegek közötti érintkezésben a napelemekben. Ezekben a szerkezetekben a nanorészecskék morfológiai hibákat és számos szemcsehatárt mutathatnak.Ez káros és súlyos, nem sugárzó töltésrekombinációhoz vezet. A pórusok kitöltése is probléma. A ritkaföldfém-ionokkal történő adalékolás szabályozza az állvány növekedését és csökkenti a hibákat, így összehangolt és egységes nanostruktúrákat hoz létre.A perovszkit és a töltésszállító rétegek morfológiai szerkezetének javításával a ritkaföldfém-ionok javíthatják a perovszkit napelemek általános teljesítményét és stabilitását, így alkalmasabbá téve azokat a nagyszabású kereskedelmi alkalmazásokra.A JövőA perovszkit napelemek jelentőségét nem lehet alábecsülni. Kiváló energiatermelési kapacitást biztosítanak sokkal alacsonyabb költségek mellett, mint a piacon jelenleg kapható szilícium alapú napelemek. A tanulmány kimutatta, hogy a perovszkit ritkaföldfém-ionokkal történő adalékolása javítja tulajdonságait, ami a hatékonyság és a stabilitás javulásához vezet. Ez azt jelenti, hogy a jobb teljesítményű perovszkit napelemek egy lépéssel közelebb kerültek a valósággá váláshoz.
