Retų žemių elementų naudojimas siekiant įveikti saulės elementų apribojimus
Retų žemių elementų naudojimas siekiant įveikti saulės elementų apribojimus
šaltinis: AZO medžiagosPerovskito saulės elementaiPerovskito saulės elementai turi pranašumų, palyginti su dabartine saulės elementų technologija. Jie gali būti efektyvesni, lengvi ir kainuoja pigiau nei kiti variantai. Perovskito saulės elemente perovskito sluoksnis yra tarp skaidraus elektrodo priekyje ir atspindinčio elektrodo elemento gale.Elektrodų transportavimo ir skylių transportavimo sluoksniai įterpiami tarp katodo ir anodo sąsajų, o tai palengvina krūvio surinkimą prie elektrodų.Yra keturios perovskito saulės elementų klasifikacijos pagal morfologinę struktūrą ir krūvio pernešimo sluoksnio sluoksnių seką: taisyklingos plokštumos, apverstos plokštumos, taisyklingos mezoporinės ir apverstos mezoporinės struktūros.Tačiau ši technologija turi keletą trūkumų. Šviesa, drėgmė ir deguonis gali sukelti jų degradaciją, jų absorbcija gali būti nesuderinama, be to, jie turi problemų su nespinduliuojančia krūvio rekombinacija. Perovskitus gali korozuoti skysti elektrolitai, todėl gali kilti stabilumo problemų.Norint realizuoti jų praktinį pritaikymą, reikia pagerinti jų galios konversijos efektyvumą ir veikimo stabilumą. Tačiau naujausių technologijų pažanga leido sukurti perovskitinius saulės elementus, kurių efektyvumas yra 25,5%, o tai reiškia, kad jie nedaug atsilieka nuo įprastų silicio fotovoltinių saulės elementų.Šiuo tikslu buvo ištirti retųjų žemių elementai, skirti naudoti perovskito saulės elementuose. Jie turi fotofizinių savybių, kurios įveikia problemas. Todėl naudojant juos perovskito saulės elementuose pagerės jų savybės, todėl jie taps gyvybingesni plataus masto švarios energijos sprendimų įgyvendinimui.Kaip retųjų žemių elementai padeda perovskito saulės elementamsYra daug naudingų retųjų žemių elementų savybių, kurias galima panaudoti siekiant pagerinti šios naujos kartos saulės elementų funkciją. Pirma, retųjų žemių jonų oksidacijos ir redukcijos potencialai yra grįžtami, todėl sumažėja pačios tikslinės medžiagos oksidacija ir redukcija. Be to, plonos plėvelės susidarymą galima reguliuoti pridedant šių elementų, sujungiant juos tiek su perovskitais, tiek su krūvio transportavimo metalų oksidais.Be to, fazės struktūrą ir optoelektronines savybes galima reguliuoti pakeičiant jas įterpiant į kristalinę gardelę. Defektų pasyvavimas gali būti sėkmingai pasiektas, įterpiant juos į tikslinę medžiagą tarp grūdelių ribų arba medžiagos paviršiuje.Be to, infraraudonieji ir ultravioletiniai fotonai gali būti paversti į perovskitą reaguojančia matoma šviesa dėl daugybės energetinių pereinamųjų orbitų retųjų žemių jonuose.To pranašumai yra dvejopi: išvengiama perovskitų sugadinimo dėl didelio intensyvumo šviesos ir išplečiamas medžiagos spektrinio atsako diapazonas. Retųjų žemių elementų naudojimas žymiai pagerina perovskito saulės elementų stabilumą ir efektyvumą.Plonų plėvelių morfologijos modifikavimasKaip minėta anksčiau, retųjų žemių elementai gali pakeisti plonų plėvelių, susidedančių iš metalų oksidų, morfologijas. Gerai dokumentuota, kad pagrindinio krūvio transportavimo sluoksnio morfologija turi įtakos perovskito sluoksnio morfologijai ir jo sąlyčiui su krūvio transportavimo sluoksniu.Pavyzdžiui, legiravimas su retųjų žemių jonais apsaugo nuo SnO2 nanodalelių agregacijos, kurios gali sukelti struktūrinius defektus, taip pat sumažina didelių NiOx kristalų susidarymą, sukuriant vienodą ir kompaktišką kristalų sluoksnį. Taigi, naudojant retųjų žemių dopingą, galima sukurti ploną šių medžiagų plėvelę be defektų.Be to, pastolių sluoksnis perovskito ląstelėse, turinčiose mezoporinę struktūrą, atlieka svarbų vaidmenį perovskito ir krūvio transportavimo sluoksnių kontaktuose saulės elementuose. Šių struktūrų nanodalelės gali turėti morfologinių defektų ir daugybę grūdelių ribų.Tai veda prie neigiamo ir rimto neradiacinio krūvio rekombinacijos. Porų užpildymas taip pat yra problema. Dopingas su retųjų žemių jonais reguliuoja pastolių augimą ir sumažina defektus, sukurdamas išlygintas ir vienodas nanostruktūras.Patobulindami perovskito ir krūvio transportavimo sluoksnių morfologinę struktūrą, retųjų žemių jonai gali pagerinti bendrą perovskito saulės elementų našumą ir stabilumą, todėl jie yra tinkamesni didelio masto komerciniams tikslams.AteitisNegalima nuvertinti perovskito saulės elementų svarbos. Jie suteiks geresnių energijos gamybos pajėgumų už daug mažesnę kainą nei dabartiniai rinkoje esantys silicio saulės elementai. Tyrimas parodė, kad perovskito legiravimas su retųjų žemių jonais pagerina jo savybes, todėl pagerėja efektyvumas ir stabilumas. Tai reiškia, kad perovskitiniai saulės elementai, kurių veikimas yra geresnis, yra vienas žingsnis arčiau realybės.
