Bruk av sjeldne jordelementer for å overvinne begrensninger til solceller
Bruk av sjeldne jordelementer for å overvinne begrensninger til solceller
kilde: AZO materialerPerovskite solcellerPerovskite solceller har fordeler i forhold til dagens solcelleteknologi. De har potensial til å være mer effektive, er lette og koster mindre enn andre varianter. I en perovskittsolcelle er laget av perovskitt klemt mellom en gjennomsiktig elektrode foran og en reflekterende elektrode på baksiden av cellen.Elektrodetransport og hulltransportlag er satt inn mellom katode- og anodegrensesnittene, noe som letter ladningsoppsamling ved elektrodene.Det er fire klassifiseringer av perovskittsolceller basert på morfologistruktur og lagsekvens av ladningstransportlaget: vanlige plane, inverterte plane, vanlige mesoporøse og inverterte mesoporøse strukturer.Imidlertid er det flere ulemper med teknologien. Lys, fuktighet og oksygen kan indusere deres nedbrytning, deres absorpsjon kan være feiltilpasset, og de har også problemer med ikke-strålende ladningsrekombinasjon. Perovskitter kan korroderes av flytende elektrolytter, noe som fører til stabilitetsproblemer.For å realisere deres praktiske anvendelser, må det gjøres forbedringer i kraftkonverteringseffektiviteten og driftsstabiliteten. Nyere teknologiske fremskritt har imidlertid ført til perovskitt-solceller med en effektivitet på 25,5 %, noe som betyr at de ikke er langt bak konvensjonelle fotovoltaiske silisiumsolceller.For dette formål har sjeldne jordarters elementer blitt utforsket for bruk i perovskittsolceller. De har fotofysiske egenskaper som overvinner problemene. Å bruke dem i perovskittsolceller vil derfor forbedre egenskapene deres, og gjøre dem mer levedyktige for storskala implementering for rene energiløsninger.Hvordan sjeldne jordelementer hjelper Perovskite-solcellerDet er mange fordelaktige egenskaper som sjeldne jordartselementer har som kan brukes til å forbedre funksjonen til denne nye generasjonen solceller. For det første er oksidasjons- og reduksjonspotensialer i sjeldne jordarters ioner reversible, noe som reduserer målmaterialets egen oksidasjon og reduksjon. I tillegg kan tynnfilmdannelsen reguleres ved tilsetning av disse elementene ved å koble dem med både perovskitter og ladningstransportmetalloksider.Videre kan fasestruktur og optoelektroniske egenskaper justeres ved substitusjonelt å legge dem inn i krystallgitteret. Defektpassivering kan oppnås med hell ved å legge dem inn i målmaterialet enten interstitielt ved korngrensene eller på materialets overflate.Dessuten kan infrarøde og ultrafiolette fotoner omdannes til perovskitt-responsivt synlig lys på grunn av tilstedeværelsen av en rekke energiske overgangsbaner i ionene av sjeldne jordarter.Fordelene med dette er todelt: det unngår at perovskittene blir skadet av lys med høy intensitet og utvider materialets spektrale responsområde. Bruk av sjeldne jordelementer forbedrer stabiliteten og effektiviteten til perovskittsolceller betydelig.Modifisering av morfologier til tynne filmerSom nevnt tidligere kan sjeldne jordartselementer modifisere morfologiene til tynne filmer som består av metalloksider. Det er godt dokumentert at morfologien til det underliggende ladningstransportlaget påvirker morfologien til perovskittlaget og dets kontakt med ladningstransportlaget.For eksempel forhindrer doping med sjeldne jord-ioner aggregering av SnO2-nanopartikler som kan forårsake strukturelle defekter, og reduserer også dannelsen av store NiOx-krystaller, og skaper et jevnt og kompakt lag av krystaller. Således kan tynnsjiktsfilmer av disse stoffene uten defekter oppnås med doping av sjeldne jordarter.I tillegg spiller stillaslaget i perovskittceller som har en mesoporøs struktur en viktig rolle i kontaktene mellom perovskitt- og ladningstransportlagene i solcellene. Nanopartikler i disse strukturene kan vise morfologiske defekter og mange korngrenser.Dette fører til uønsket og alvorlig ikke-strålingsladningsrekombinasjon. Porefylling er også et problem. Doping med sjeldne jordarters ioner regulerer stillasveksten og reduserer defekter, og skaper justerte og jevne nanostrukturer.Ved å gi forbedringer for den morfologiske strukturen til perovskitt- og ladningstransportlag, kan sjeldne jordarter forbedre den generelle ytelsen og stabiliteten til perovskittsolceller, noe som gjør dem mer egnet for kommersielle anvendelser i stor skala.FremtidenBetydningen av perovskittsolceller kan ikke undervurderes. De vil gi overlegen energiproduksjonskapasitet til en mye lavere kostnad enn dagens silisiumbaserte solceller på markedet. Studien har vist at doping av perovskitt med sjeldne jordarters ioner forbedrer egenskapene, noe som fører til forbedringer i effektivitet og stabilitet. Dette betyr at perovskittsolceller med forbedret ytelse er ett skritt nærmere å bli en realitet.
