שימוש ביסודות אדמה נדירים כדי להתגבר על מגבלות של תאים סולאריים
שימוש ביסודות אדמה נדירים כדי להתגבר על מגבלות של תאים סולאריים
מקור: חומרי AZOתאים סולריים פרוסקיטלתאים סולאריים של Perovskite יש יתרונות על פני הטכנולוגיה הנוכחית של תאים סולאריים. יש להם את הפוטנציאל להיות יעילים יותר, הם קלים, ומחירם נמוך יותר מאשר גרסאות אחרות. בתא סולארי פרובסקיט, שכבת הפרובסקיט מונחת בין אלקטרודה שקופה בחזית ואלקטרודה רפלקטיבית בחלק האחורי של התא.שכבות הובלת אלקטרודות והובלת חורים מוכנסות בין ממשקי הקתודה והאנודה, מה שמקל על איסוף המטען באלקטרודות.ישנם ארבעה סיווגים של תאים סולריים פרובסקיטים המבוססים על מבנה מורפולוגיה ורצף שכבות של שכבת הובלת המטען: מבנים מישוריים רגילים, מישוריים הפוך, מזופוריים רגילים ומבנים מזופוריים הפוכים.עם זאת, קיימים מספר חסרונות בטכנולוגיה. אור, לחות וחמצן יכולים לגרום לפירוק שלהם, הספיגה שלהם יכולה להיות לא מתאימה, ויש להם גם בעיות עם ריקומבינציה של מטען לא קרינתי. פרוסקיטים עלולים להיחלד על ידי אלקטרוליטים נוזליים, מה שמוביל לבעיות יציבות.כדי לממש את היישומים המעשיים שלהם, יש לבצע שיפורים ביעילות המרת הכוח וביציבות התפעולית שלהם. עם זאת, ההתקדמות האחרונה בטכנולוגיה הובילה לתאים סולאריים של פרוסקיט עם יעילות של 25.5%, מה שאומר שהם לא רחוקים מאחורי תאים סולאריים פוטו-וולטאיים סיליקון קונבנציונליים.לשם כך, יסודות אדמה נדירים נחקרו עבור יישומים בתאים סולאריים פרוסקיט. יש להם תכונות פוטופיזיות שמתגברות על הבעיות. השימוש בהם בתאים סולאריים פרוסקיט ישפר אפוא את תכונותיהם, ויהפוך אותם לכדאיים יותר ליישום בקנה מידה גדול עבור פתרונות אנרגיה נקייה.כיצד אלמנטים נדירים של כדור הארץ מסייעים לתאי שמש פרוסקיטישנן תכונות מועילות רבות שיש ליסודות אדמה נדירים, שניתן להשתמש בהם כדי לשפר את התפקוד של הדור החדש של תאים סולאריים. ראשית, פוטנציאל החמצון וההפחתה ביוני אדמה נדירים הם הפיכים, מה שמפחית את החמצון וההפחתה של חומר המטרה עצמו. בנוסף, ניתן לווסת את היווצרות הסרט הדק על ידי הוספת אלמנטים אלה על ידי צימודם עם שני פרוסקיטים ותחמוצות מתכת הובלות מטען.יתר על כן, ניתן להתאים את מבנה הפאזה והמאפיינים האופטו-אלקטרוניים על-ידי הטמעתם באופן תחליף לתוך סריג הגביש. ניתן להשיג פסיבציה של פגמים בהצלחה על ידי הטמעתם בחומר היעד, בין אם בגבולות התבואה או על פני החומר.יתר על כן, ניתן להמיר פוטונים אינפרא אדום ואולטרה סגול לאור גלוי המגיב לפרובסקיט הודות לנוכחותם של מסלולי מעבר אנרגטיים רבים ביוני כדור הארץ הנדירים.היתרונות של זה כפולים: זה מונע מהפרוסקיטים להיפגע מאור בעוצמה גבוהה ומרחיב את טווח התגובה הספקטרלית של החומר. שימוש ביסודות אדמה נדירים משפר באופן משמעותי את היציבות והיעילות של תאי שמש פרוסקיט.שינוי מורפולוגיות של סרטים דקיםכפי שהוזכר קודם לכן, יסודות אדמה נדירים יכולים לשנות את המורפולוגיות של סרטים דקים המורכבים מתחמוצות מתכת. מתועד היטב כי המורפולוגיה של שכבת הובלת המטען הבסיסית משפיעה על המורפולוגיה של שכבת הפרובסקיט והמגע שלה עם שכבת הובלת המטען.לדוגמה, סימום עם יוני אדמה נדירים מונע הצטברות של ננו-חלקיקי SnO2 שעלולים לגרום לפגמים מבניים, וכן מפחית היווצרות גבישי NiOx גדולים, ויוצר שכבה אחידה וקומפקטית של גבישים. לפיכך, ניתן להשיג סרטי שכבה דקה של חומרים אלה ללא פגמים באמצעות סימום של אדמה נדירה.בנוסף, שכבת הפיגום בתאי פרוסקיט בעלי מבנה מזופורי ממלאת תפקיד חשוב במגעים בין שכבות הפרובסקיט ושכבות הובלת המטען בתאי השמש. הננו-חלקיקים במבנים אלה יכולים להציג פגמים מורפולוגיים וגבולות גרגרים רבים.זה מוביל לריקומבינציית מטען לא קרינה לרעה ורצינית. מילוי נקבוביות הוא גם בעיה. סימום עם יוני אדמה נדירים מווסת את צמיחת הפיגום ומפחית פגמים, יוצר ננו-מבנים מיושרים ואחידים.על ידי מתן שיפורים למבנה המורפולוגי של שכבות פרוסקיט ושכבות הובלה של מטען, יוני אדמה נדירים יכולים לשפר את הביצועים והיציבות הכוללים של תאי שמש פרוסקיט, מה שהופך אותם למתאימים יותר ליישומים מסחריים בקנה מידה גדול.העתידלא ניתן להמעיט בחשיבותם של תאים סולאריים פרוסקיט. הם יספקו יכולת ייצור אנרגיה מעולה בעלות נמוכה בהרבה מאשר תאים סולאריים מבוססי סיליקון הנוכחיים בשוק. המחקר הוכיח כי סימום פרובסקיט עם יוני אדמה נדירים משפר את תכונותיו, מה שמוביל לשיפור ביעילות וביציבות. המשמעות היא שתאים סולאריים פרוסקיט עם ביצועים משופרים הם צעד אחד קרוב יותר להפוך למציאות.
