Usando elementi di terra rara per superare i limiti delle celle solari
Usando elementi di terra rara per superare i limiti delle celle solari
Fonte: materiali AzoCelle solari perovskiteLe celle solari perovskite hanno vantaggi rispetto alla tecnologia delle celle solari attuali. Hanno il potenziale per essere più efficienti, sono leggeri e costano meno di altre varianti. In una cella solare 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 e trasporto di fori sono inseriti tra le interfacce catodi e anodi, che facilita la raccolta di carica negli elettrodi.Esistono quattro classificazioni di cellule solari perovskite basate sulla struttura morfologica e sulla sequenza di strati dello strato di trasporto di carica: normale planari, planari invertiti, mesoporosi regolari e mesoporosi invertiti.Tuttavia, esistono diversi inconvenienti con la tecnologia. La luce, l'umidità e l'ossigeno possono indurre il loro degrado, il loro assorbimento può essere non corrispondente e hanno anche problemi con la ricombinazione della carica non radiativa. I perovskiti possono essere corrosi da elettroliti liquidi, portando a problemi di stabilità.Per realizzare le loro applicazioni pratiche, è necessario apportare miglioramenti nella loro efficienza di conversione del potere e nella stabilità operativa. Tuttavia, i recenti progressi nella tecnologia hanno portato a celle solari perovskite con un'efficienza del 25,5%, il che significa che non sono molto indietro rispetto alle celle solari fotovoltaiche di silicio convenzionali.A tal fine, sono stati esplorati elementi della terra rara per applicazioni nelle celle solari perovskite. Possiedono proprietà fotofisiche che superano i problemi. Usandole nelle celle solari perovskite migliorerà quindi le loro proprietà, rendendole più praticabili per l'implementazione su larga scala per soluzioni di energia pulita.In che modo gli elementi della Terra rara aiutano le celle solari perovskiteEsistono molte proprietà vantaggiose che possiedono elementi di terre rare che possono essere utilizzati per migliorare la funzione di questa nuova generazione di celle solari. In primo luogo, i potenziali di ossidazione e riduzione negli ioni terrestre rari sono reversibili, riducendo l'ossidazione e la riduzione del materiale target. Inoltre, la formazione di film sottile può essere regolata dall'aggiunta di questi elementi accoppiandoli con perovskiti e ossidi di metallo di trasporto di carico.Inoltre, la struttura di fase e le proprietà optoelettroniche possono essere regolati incorporandole sostanzialmente nel reticolo cristallino. La passivazione del difetto può essere ottenuta con successo incorporandoli nel materiale target o interstizialmente ai confini del grano o sulla superficie del materiale.Inoltre, i fotoni a infrarossi e ultravioletti possono essere convertiti in luce visibile sensibile alla perovskite a causa della presenza di numerose orbite di transizione energetica negli ioni della terra rara.I vantaggi di questo sono duplici: evita che le perovskiti si danneggino dalla luce ad alta intensità e prolungano l'intervallo di risposta spettrale del materiale. L'uso di elementi delle terre rare migliora significativamente la stabilità e l'efficienza delle celle solari perovskite.Modifica delle morfologie di 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 terra rara impedisce l'aggregazione di nanoparticelle SNO2 che possono causare difetti strutturali e mitiga anche la formazione di grandi cristalli di niox, creando uno strato uniforme e compatto di cristalli. Pertanto, si possono ottenere film di strato sottili di queste sostanze senza difetti con il doping della terra rara.Inoltre, lo strato di impalcatura nelle cellule perovskite che hanno una struttura mesoporosa svolge un ruolo importante nei contatti tra la perovskite e gli strati di trasporto di carica nelle celle solari. Le nanoparticelle in queste strutture possono mostrare difetti morfologici e numerosi confini del grano.Ciò porta a una ricombinazione avversa e grave non radiativa. Anche il riempimento dei pori è un problema. Il doping con ioni di terra rara regola la crescita dell'impalcatura e riduce i difetti, creando nanostrutture allineate e uniformi.Fornendo miglioramenti per la struttura morfologica della perovskite e gli strati di trasporto di carica, gli ioni terrestri rare possono migliorare le prestazioni complessive e la stabilità delle celle solari perovskite, rendendole più adatte per applicazioni commerciali su larga scala.Il futuroL'importanza delle celle solari 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 sul mercato. Lo studio ha dimostrato che il doping perovskite con ioni terrestre rare migliora le sue proprietà, portando a miglioramenti dell'efficienza e della stabilità. Ciò significa che le celle solari perovskite con prestazioni migliorate sono un passo più vicino alla realtà.
