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 potencial para serem mais eficientes, são leves e custam menos do que outras variantes. Em uma célula solar de 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 eletrodo e transporte de furo são inseridas entre as interfaces de cátodo e ânodo, o que facilita a coleta de carga nos eletrodos.Existem quatro classificações de células solares de perovskita com base na estrutura morfológica e na sequência de camadas da camada de transporte de carga: estruturas planares regulares, planas invertidas, mesoporosas regulares e estruturas mesoporosas invertidas.No entanto, existem várias desvantagens com a tecnologia. Luz, umidade e oxigênio podem induzir sua degradação, sua absorção pode ser incompatível e eles também apresentam problemas com recombinação de carga não radiativa. As perovskitas podem ser corroídas por eletrólitos líquidos, levando a problemas de estabilidade.Para concretizar suas aplicações práticas, devem ser feitas melhorias na eficiência de conversão de energia e na estabilidade operacional. No entanto, os avanços recentes na tecnologia levaram a células solares de perovskita com uma eficiência de 25,5%, o que significa que não estão muito atrás das células solares fotovoltaicas convencionais de silício.Para tanto, elementos de terras raras têm sido explorados para aplicações em células solares de perovskita. Eles possuem propriedades fotofísicas que superam os problemas. Usá-los em células solares de perovskita irá, portanto, melhorar suas propriedades, tornando-as mais viáveis para implementação em larga escala de soluções de energia limpa.Como os elementos de terras raras ajudam as células solares de perovskitaExistem muitas propriedades vantajosas que os elementos de terras raras possuem que podem ser usadas para melhorar a função desta nova geração de células solares. Em primeiro lugar, os potenciais de oxidação e redução em íons de terras raras são reversíveis, reduzindo a oxidação e redução do próprio material alvo. Além disso, a formação de filmes finos pode ser regulada pela adição desses elementos, acoplando-os tanto com perovskitas quanto com óxidos metálicos de transporte de carga.Além disso, a estrutura de fase e as propriedades optoeletrônicas podem ser ajustadas incorporando-as substitutivamente na rede cristalina. A passivação de defeitos pode ser alcançada com sucesso incorporando-os no material alvo, seja intersticialmente nos limites dos grãos ou na superfície do material.Além disso, os fótons infravermelhos e ultravioletas podem ser convertidos em luz visível responsiva à perovskita devido à presença de numerosas órbitas de transição energética nos íons de terras raras.As vantagens disso são duplas: evita que as perovskitas sejam danificadas pela luz de alta intensidade e amplia 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 constituídos por óxidos metálicos. Está bem documentado que a morfologia da camada de transporte de carga subjacente influencia a morfologia da camada de perovskita e o seu contacto com a camada de transporte de carga.Por exemplo, a dopagem com íons de terras raras evita 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 de camada fina destas substâncias sem defeitos podem ser obtidos com dopagem com terras raras.Além disso, a camada de andaime nas células de perovskita que possuem 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 apresentar defeitos morfológicos e numerosos limites de grãos.Isto leva a uma recombinação de carga não radiativa adversa e grave. O preenchimento dos poros também é um problema. A dopagem com íons de terras raras regula o crescimento do andaime e reduz defeitos, criando nanoestruturas alinhadas e uniformes.Ao fornecer melhorias na estrutura morfológica da perovskita e nas camadas de transporte de carga, os íons de terras raras 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 atuais células solares baseadas em silício no mercado. O estudo demonstrou que a dopagem da perovskita com íons de terras raras melhora suas propriedades, levando a melhorias na eficiência e estabilidade. Isso significa que as células solares de perovskita com desempenho aprimorado estão um passo mais perto de se tornarem realidade.
