Zeldzame aardelementen gebruiken om de beperkingen van zonnecellen te overwinnen
Zeldzame aardelementen gebruiken om de beperkingen van zonnecellen te overwinnen
bron: AZO-materialenPerovskiet-zonnecellenPerovskiet-zonnecellen hebben voordelen ten opzichte van de huidige zonneceltechnologie. Ze hebben het potentieel om efficiënter te zijn, zijn licht van gewicht en kosten minder dan andere varianten. In een perovskietzonnecel zit de laag perovskiet ingeklemd tussen een transparante elektrode aan de voorkant en een reflecterende elektrode aan de achterkant van de cel.Elektrodetransport- en gatentransportlagen worden tussen de kathode- en anode-interfaces ingevoegd, wat het verzamelen van lading aan de elektroden vergemakkelijkt.Er zijn vier classificaties van perovskietzonnecellen gebaseerd op de morfologiestructuur en de laagvolgorde van de ladingstransportlaag: reguliere planaire, omgekeerde planaire, reguliere mesoporeuze en omgekeerde mesoporeuze structuren.Er kleven echter verschillende nadelen aan de technologie. Licht, vocht en zuurstof kunnen hun afbraak veroorzaken, hun absorptie kan niet overeenkomen, en ze hebben ook problemen met niet-stralingsladingsrecombinatie. Perovskieten kunnen worden gecorrodeerd door vloeibare elektrolyten, wat tot stabiliteitsproblemen leidt.Om hun praktische toepassingen te realiseren, moeten verbeteringen worden aangebracht in hun energieomzettingsefficiëntie en operationele stabiliteit. Recente technologische ontwikkelingen hebben echter geleid tot perovskietzonnecellen met een rendement van 25,5%, wat betekent dat ze niet ver achterlopen op conventionele silicium fotovoltaïsche zonnecellen.Daartoe zijn zeldzame aardmetalen onderzocht voor toepassingen in perovskietzonnecellen. Ze bezitten fotofysische eigenschappen die de problemen overwinnen. Het gebruik ervan in perovskietzonnecellen zal daarom hun eigenschappen verbeteren, waardoor ze haalbaarder worden voor grootschalige implementatie van schone energieoplossingen.Hoe zeldzame aardelementen Perovskiet-zonnecellen ondersteunenEr zijn veel gunstige eigenschappen die zeldzame aardelementen bezitten die kunnen worden gebruikt om de functie van deze nieuwe generatie zonnecellen te verbeteren. Ten eerste zijn de oxidatie- en reductiepotentialen in zeldzame aardionen omkeerbaar, waardoor de eigen oxidatie en reductie van het doelmateriaal wordt verminderd. Bovendien kan de vorming van dunne films worden gereguleerd door de toevoeging van deze elementen door ze te koppelen aan zowel perovskieten als ladingstransportmetaaloxiden.Bovendien kunnen de fasestructuur en opto-elektronische eigenschappen worden aangepast door ze substitutioneel in het kristalrooster in te bedden. Passivering van defecten kan met succes worden bereikt door ze in het doelmateriaal in te bedden, hetzij interstitieel aan de korrelgrenzen, hetzij op het oppervlak van het materiaal.Bovendien kunnen infrarood- en ultraviolette fotonen worden omgezet in op perovskiet reagerend zichtbaar licht dankzij de aanwezigheid van talrijke energetische overgangsbanen in de zeldzame aardionen.De voordelen hiervan zijn tweeledig: het voorkomt dat de perovskieten beschadigd raken door licht van hoge intensiteit en vergroot het spectrale responsbereik van het materiaal. Het gebruik van zeldzame aardelementen verbetert de stabiliteit en efficiëntie van perovskietzonnecellen aanzienlijk.Morfologieën van dunne films aanpassenZoals eerder vermeld, kunnen zeldzame aardelementen de morfologie van dunne films bestaande uit metaaloxiden wijzigen. Het is goed gedocumenteerd dat de morfologie van de onderliggende ladingstransportlaag de morfologie van de perovskietlaag en het contact ervan met de ladingstransportlaag beïnvloedt.Doping met zeldzame aardionen voorkomt bijvoorbeeld de aggregatie van SnO2-nanodeeltjes die structurele defecten kunnen veroorzaken, en vermindert ook de vorming van grote NiOx-kristallen, waardoor een uniforme en compacte laag kristallen ontstaat. Zo kunnen dunnelaagfilms van deze stoffen zonder defecten worden bereikt met dotering van zeldzame aardmetalen.Bovendien speelt de steigerlaag in perovskietcellen met een mesoporeuze structuur een belangrijke rol in de contacten tussen de perovskiet- en ladingstransportlagen in de zonnecellen. De nanodeeltjes in deze structuren kunnen morfologische defecten en talrijke korrelgrenzen vertonen.Dit leidt tot nadelige en ernstige niet-stralingsladingsrecombinatie. Het vullen van poriën is ook een probleem. Doping met zeldzame aardionen reguleert de groei van de steigers en vermindert defecten, waardoor uitgelijnde en uniforme nanostructuren ontstaan.Door verbeteringen aan te brengen in de morfologische structuur van perovskiet- en ladingstransportlagen kunnen zeldzame aardionen de algehele prestaties en stabiliteit van perovskietzonnecellen verbeteren, waardoor ze geschikter worden voor grootschalige commerciële toepassingen.De toekomstHet belang van perovskietzonnecellen kan niet worden onderschat. Ze zullen superieure energieopwekkingscapaciteit bieden tegen veel lagere kosten dan de huidige op silicium gebaseerde zonnecellen op de markt. De studie heeft aangetoond dat het doteren van perovskiet met zeldzame aardionen de eigenschappen ervan verbetert, wat leidt tot verbeteringen in efficiëntie en stabiliteit. Dit betekent dat perovskietzonnecellen met verbeterde prestaties een stap dichter bij de realiteit zijn.
