Retzemju elementu izmantošana, lai pārvarētu saules bateriju ierobežojumus
Retzemju elementu izmantošana, lai pārvarētu saules bateriju ierobežojumus
avots: AZO materiāliPerovskīta saules baterijasPerovskīta saules baterijām ir priekšrocības salīdzinājumā ar pašreizējo saules bateriju tehnoloģiju. Tie var būt efektīvāki, ir viegli un maksā mazāk nekā citi varianti. Perovskīta saules baterijā perovskīta slānis ir iestiprināts starp caurspīdīgu elektrodu priekšpusē un atstarojošu elektrodu šūnas aizmugurē.Elektrodu transportēšanas un caurumu transportēšanas slāņi tiek ievietoti starp katoda un anoda saskarnēm, kas atvieglo lādiņu savākšanu pie elektrodiem.Ir četras perovskīta saules bateriju klasifikācijas, pamatojoties uz lādiņa transportēšanas slāņa morfoloģisko struktūru un slāņu secību: regulāras plakanas, apgrieztas plakanas, regulāras mezoporas un apgrieztas mezoporas struktūras.Tomēr tehnoloģijai ir vairāki trūkumi. Gaisma, mitrums un skābeklis var izraisīt to noārdīšanos, to absorbcija var būt nesakritīga, un tiem ir arī problēmas ar nestarojošo lādiņu rekombināciju. Perovskītus var korodēt šķidrie elektrolīti, izraisot stabilitātes problēmas.Lai realizētu to praktisko pielietojumu, ir jāuzlabo to jaudas pārveidošanas efektivitāte un darbības stabilitāte. Tomēr jaunākie tehnoloģiju sasniegumi ir radījuši perovskīta saules baterijas ar 25,5% efektivitāti, kas nozīmē, ka tās daudz neatpaliek no parastajām silīcija fotoelektriskajām saules baterijām.Šim nolūkam ir izpētīti retzemju elementi izmantošanai perovskīta saules baterijās. Viņiem piemīt fotofizikālās īpašības, kas pārvar problēmas. Tāpēc to izmantošana perovskīta saules baterijās uzlabos to īpašības, padarot tās dzīvotspējīgākas tīras enerģijas risinājumu liela mēroga ieviešanai.Kā retzemju elementi palīdz perovskīta saules baterijāmRetzemju elementiem piemīt daudzas izdevīgas īpašības, kuras var izmantot, lai uzlabotu šīs jaunās paaudzes saules bateriju darbību. Pirmkārt, retzemju jonu oksidācijas un reducēšanas potenciāls ir atgriezenisks, samazinot mērķa materiāla oksidāciju un reducēšanu. Turklāt plānās kārtiņas veidošanos var regulēt, pievienojot šos elementus, savienojot tos gan ar perovskītiem, gan ar lādiņu transportēšanas metālu oksīdiem.Turklāt fāzes struktūru un optoelektroniskās īpašības var pielāgot, aizstājot tos kristāla režģī. Defektu pasivāciju var veiksmīgi panākt, iestrādājot tos mērķa materiālā vai nu intersticiāli pie graudu robežām, vai uz materiāla virsmas.Turklāt infrasarkanos un ultravioletos fotonus var pārveidot par perovskītu reaģējošu redzamu gaismu, jo retzemju jonos ir daudzas enerģētiskās pārejas orbītas.Tam ir divas priekšrocības: tas novērš perovskītu bojājumus augstas intensitātes gaismas ietekmē un paplašina materiāla spektrālās reakcijas diapazonu. Retzemju elementu izmantošana būtiski uzlabo perovskīta saules bateriju stabilitāti un efektivitāti.Plāno kārtiņu morfoloģiju modificēšanaKā minēts iepriekš, retzemju elementi var mainīt plānu kārtiņu, kas sastāv no metālu oksīdiem, morfoloģijas. Ir labi dokumentēts, ka pamatā esošā lādiņa transportēšanas slāņa morfoloģija ietekmē perovskīta slāņa morfoloģiju un tā saskari ar lādiņa transporta slāni.Piemēram, dopings ar retzemju joniem novērš SnO2 nanodaļiņu agregāciju, kas var izraisīt strukturālus defektus, kā arī mazina lielu NiOx kristālu veidošanos, veidojot viendabīgu un kompaktu kristālu slāni. Tādējādi ar retzemju dopingu var iegūt šo vielu plānslāņa plēves bez defektiem.Turklāt sastatņu slānim perovskīta šūnās, kurām ir mezoporaina struktūra, ir svarīga loma kontaktos starp perovskīta un lādiņa transportēšanas slāņiem saules baterijās. Nanodaļiņām šajās struktūrās var būt morfoloģiski defekti un daudzas graudu robežas.Tas noved pie nelabvēlīgas un nopietnas nestarojoša lādiņa rekombinācijas. Poru aizpildīšana ir arī problēma. Dopings ar retzemju joniem regulē sastatņu augšanu un samazina defektus, veidojot saskaņotas un viendabīgas nanostruktūras.Uzlabojot perovskīta un lādiņu transportēšanas slāņu morfoloģisko struktūru, retzemju joni var uzlabot perovskīta saules bateriju vispārējo veiktspēju un stabilitāti, padarot tās piemērotākas liela mēroga komerciāliem lietojumiem.NākotnePerovskīta saules bateriju nozīmi nevar novērtēt par zemu. Tie nodrošinās izcilu enerģijas ražošanas jaudu par daudz zemākām izmaksām nekā pašreizējās tirgū esošās silīcija bāzes saules baterijas. Pētījums parādīja, ka perovskīta dopings ar retzemju joniem uzlabo tā īpašības, tādējādi uzlabojot efektivitāti un stabilitāti. Tas nozīmē, ka perovskīta saules baterijas ar uzlabotu veiktspēju ir soli tuvāk tam, lai kļūtu par realitāti.
