Utilizzo di elementi delle terre rare per superare i limiti delle celle solari
Utilizzo di elementi delle terre rare per superare i limiti delle celle solari
fonte: materiali AZOCelle solari alla perovskiteLe celle solari in perovskite presentano vantaggi rispetto all'attuale tecnologia delle celle solari. Hanno il potenziale per essere più efficienti, sono leggeri e costano meno di altre varianti. In una cella solare a perovskite, lo strato di perovskite è inserito tra un elettrodo trasparente nella parte anteriore e un elettrodo riflettente nella parte posteriore della cella.Gli strati di trasporto degli elettrodi e di trasporto delle lacune sono inseriti tra le interfacce del catodo e dell'anodo, il che facilita la raccolta della carica sugli elettrodi.Esistono quattro classificazioni di celle solari in perovskite basate sulla struttura morfologica e sulla sequenza degli strati dello strato di trasporto della carica: strutture planari regolari, planari invertite, mesoporose regolari e strutture mesoporose invertite.Tuttavia, esistono diversi inconvenienti con questa tecnologia. La luce, l'umidità e l'ossigeno possono indurne il degrado, il loro assorbimento può non corrispondere e presentano anche problemi con la ricombinazione della carica non radiativa. Le perovskiti possono essere corrose dagli elettroliti liquidi, causando problemi di stabilità.Per realizzare le loro applicazioni pratiche, è necessario apportare miglioramenti all'efficienza di conversione della potenza e alla stabilità operativa. Tuttavia, i recenti progressi tecnologici hanno portato a celle solari in perovskite con un’efficienza del 25,5%, il che significa che non sono molto indietro rispetto alle tradizionali celle solari fotovoltaiche in silicio.A tal fine, sono stati esplorati elementi delle terre rare per applicazioni nelle celle solari a base di perovskite. Possiedono proprietà fotofisiche che superano i problemi. Il loro utilizzo nelle celle solari a base di perovskite migliorerà quindi le loro proprietà, rendendole più praticabili per l’implementazione su larga scala di soluzioni di energia pulita.In che modo gli elementi delle terre rare aiutano le celle solari a base di perovskiteCi sono molte proprietà vantaggiose possedute dagli elementi delle terre rare che possono essere utilizzate per migliorare la funzione di questa nuova generazione di celle solari. In primo luogo, i potenziali di ossidazione e riduzione negli ioni delle terre rare sono reversibili, riducendo l'ossidazione e la riduzione del materiale bersaglio. Inoltre, la formazione del film sottile può essere regolata mediante l'aggiunta di questi elementi accoppiandoli sia con perovskiti che con ossidi metallici di trasporto di carica.Inoltre, la struttura di fase e le proprietà optoelettroniche possono essere regolate incorporandole in modo sostitutivo nel reticolo cristallino. La passivazione dei difetti può essere ottenuta con successo incorporandoli nel materiale target sia interstizialmente ai bordi dei grani che sulla superficie del materiale.Inoltre, i fotoni infrarossi e ultravioletti possono essere convertiti in luce visibile sensibile alla perovskite a causa della presenza di numerose orbite di transizione energetica negli ioni delle terre rare.I vantaggi sono duplici: evita che le perovskiti vengano danneggiate dalla luce ad alta intensità ed estende la gamma di risposta spettrale del materiale. L'utilizzo di elementi di terre rare migliora significativamente la stabilità e l'efficienza delle celle solari in perovskite.Modifica delle morfologie dei film sottiliCome accennato in precedenza, gli elementi delle terre rare possono modificare le morfologie dei film sottili costituiti da ossidi metallici. È ben documentato che la morfologia dello strato di trasporto di carica sottostante influenza la morfologia dello strato di perovskite e il suo contatto con lo strato di trasporto di carica.Ad esempio, il doping con ioni di terre rare previene l’aggregazione di nanoparticelle di SnO2 che possono causare difetti strutturali, e mitiga anche la formazione di grandi cristalli di NiOx, creando uno strato di cristalli uniforme e compatto. Pertanto, film a strato sottile di queste sostanze senza difetti possono essere ottenuti con il drogaggio con terre rare.Inoltre, lo strato di impalcatura nelle celle di perovskite che hanno una struttura mesoporosa gioca un ruolo importante nei contatti tra la perovskite e gli strati di trasporto di carica nelle celle solari. Le nanoparticelle in queste strutture possono presentare difetti morfologici e numerosi bordi di grano.Ciò porta a una ricombinazione avversa e grave della carica non radiativa. Anche il riempimento dei pori è un problema. Il drogaggio con ioni di terre rare regola la crescita dello scaffold e riduce i difetti, creando nanostrutture allineate e uniformi.Fornendo miglioramenti alla struttura morfologica della perovskite e agli strati di trasporto di carica, gli ioni delle terre rare possono migliorare le prestazioni complessive e la stabilità delle celle solari a base di perovskite, rendendole più adatte per applicazioni commerciali su larga scala.Il futuroL’importanza delle celle solari alla perovskite non può essere sottovalutata. Forniranno una capacità di generazione di energia superiore a un costo molto inferiore rispetto alle attuali celle solari a base di silicio presenti sul mercato. Lo studio ha dimostrato che il drogaggio della perovskite con ioni di terre rare ne migliora le proprietà, portando a miglioramenti in termini di efficienza e stabilità. Ciò significa che le celle solari alla perovskite con prestazioni migliorate sono un passo avanti verso la realizzazione.
