Usando elementos de terras raras para superar as limitações das células solares
Usando elementos de terras raras para superar as limitações das células solares
Fonte: Materiais AZOCélulas solares de perovskitaAs células solares de perovskita têm vantagens sobre a tecnologia atual de células solares. Eles têm o potencial de serem mais eficientes, são leves e custam menos do que outras variantes. Em uma célula solar perovskita, a camada de perovskita é imprensada entre um eletrodo transparente na frente e um eletrodo reflexivo na parte traseira da célula.As camadas de transporte de eletrodos e transporte são inseridas entre as interfaces de cátodo e ânodo, o que facilita a coleta de cobrança nos eletrodos.Existem quatro classificações de células solares de perovskita com base na estrutura da morfologia e na sequência de camadas da camada de transporte de carga: planar regular, planar invertido, estruturas mesoporosas e invertidas regulares.No entanto, existem várias desvantagens com a tecnologia. Luz, umidade e oxigênio podem induzir sua degradação, sua absorção pode ser incompatível e eles também têm problemas com a recombinação de carga não radiativa. Os perovskitas podem ser corroídos por eletrólitos líquidos, levando a problemas de estabilidade.Para realizar suas aplicações práticas, as melhorias devem ser feitas em sua eficiência de conversão de energia e estabilidade operacional. No entanto, os recentes avanços na tecnologia levaram a células solares de perovskita com uma eficiência de 25,5%, o que significa que elas não estão muito atrás das células solares fotovoltaicas convencionais de silício.Para esse fim, elementos de terras raras foram exploradas para aplicações em células solares de perovskita. Eles possuem propriedades fotofísicas que superam os problemas. Usá-los em células solares perovskita, portanto, melhorará suas propriedades, tornando-as mais viáveis para a implementação em larga escala para soluções de energia limpa.Como os elementos de terras raras ajudam as células solares perovskiteExistem muitas propriedades vantajosas que elementos de terras raras possuem que podem ser usadas para melhorar a função dessa nova geração de células solares. Em primeiro lugar, os potenciais de oxidação e redução nos íons raros da Terra são reversíveis, reduzindo a oxidação e a redução do material alvo. Além disso, a formação de filmes finos pode ser regulada pela adição desses elementos, acoplando-os a perovskitas e carregar óxidos de metal de transporte.Além disso, a estrutura de fase e as propriedades optoeletrônicas podem ser ajustadas por incorporá -las substitucionalmente na rede de cristal. A passivação do defeito pode ser alcançada com sucesso incorporando -as ao material alvo intersticialmente nos limites dos grãos ou na superfície do material.Além disso, fótons infravermelhos e ultravioleta podem ser convertidos em luz visível responsiva à perovskita devido à presença de numerosas órbitas de transição energética nos íons raros.As vantagens disso são duplas: evita que os perovskitas sejam danificados pela luz de alta intensidade e estende a faixa de resposta espectral do material. O uso de elementos de terras raras melhora significativamente a estabilidade e a eficiência das células solares de perovskita.Modificando morfologias de filmes finosComo mencionado anteriormente, os elementos de terras raras podem modificar as morfologias de filmes finos que consistem em óxidos metálicos. Está bem documentado que a morfologia da camada de transporte de carga subjacente influencia a morfologia da camada de perovskita e seu contato com a camada de transporte de carga.Por exemplo, o doping com íons de terras raras impede a agregação de nanopartículas de sno2 que podem causar defeitos estruturais e também mitiga a formação de grandes cristais de niox, criando uma camada uniforme e compacta de cristais. Assim, filmes finos de camada dessas substâncias sem defeitos podem ser alcançados com doping de terras raras.Além disso, a camada de andaimes nas células de perovskita com uma estrutura mesoporosa desempenha um papel importante nos contatos entre a perovskita e as camadas de transporte de carga nas células solares. As nanopartículas nessas estruturas podem exibir defeitos morfológicos e numerosos limites de grãos.Isso leva à recombinação de carga não radiativa adversa e grave. O preenchimento de poros também é um problema. O doping com íons de terras raras regula o crescimento do andaime e reduz defeitos, criando nanoestruturas alinhadas e uniformes.Ao fornecer melhorias para a estrutura morfológica das camadas de transporte de perovskita e carga, os íons terras raros podem melhorar o desempenho geral e a estabilidade das células solares de perovskita, tornando-as mais adequadas para aplicações comerciais em larga escala.O futuroA importância das células solares de perovskita não pode ser subestimada. Eles fornecerão capacidade superior de geração de energia por um custo muito menor do que as células solares baseadas em silício atuais no mercado. O estudo demonstrou que o perovskita doping com íons de terras raras melhora suas propriedades, levando a melhorias na eficiência e na estabilidade. Isso significa que as células solares de perovskita com desempenho aprimorado estão um passo mais perto de se tornar realidade.
