Utilizarea elementelor din pământuri rare pentru a depăși limitările celulelor solare
Utilizarea elementelor din pământuri rare pentru a depăși limitările celulelor solare
sursa:materiale AZOCelule solare perovskiteCelulele solare perovskite au avantaje față de tehnologia actuală a celulelor solare. Au potențialul de a fi mai eficiente, sunt ușoare și costă mai puțin decât alte variante. Într-o celulă solară perovskită, stratul de perovskit este intercalat între un electrod transparent din față și un electrod reflectorizant din spatele celulei.Transportul electrozilor și straturile de transport ale orificiilor sunt introduse între interfețele catod și anod, ceea ce facilitează colectarea sarcinii la electrozi.Există patru clasificări ale celulelor solare perovskite bazate pe structura morfologică și secvența stratului stratului de transport de sarcină: structuri plane regulate, plane inversate, mezoporoase regulate și mezoporoase inversate.Cu toate acestea, există mai multe dezavantaje cu tehnologia. Lumina, umiditatea și oxigenul pot induce degradarea lor, absorbția lor poate fi nepotrivită și au, de asemenea, probleme cu recombinarea sarcinii non-radiative. Perovskiții pot fi corodați de electroliții lichizi, ceea ce duce la probleme de stabilitate.Pentru a le realiza aplicațiile practice, trebuie aduse îmbunătățiri în ceea ce privește eficiența conversiei puterii și stabilitatea operațională. Cu toate acestea, progresele recente în tehnologie au condus la celule solare perovskite cu o eficiență de 25,5%, ceea ce înseamnă că acestea nu sunt cu mult în urma celulelor solare fotovoltaice convenționale din siliciu.În acest scop, elementele din pământuri rare au fost explorate pentru aplicații în celulele solare perovskite. Ele posedă proprietăți fotofizice care depășesc problemele. Prin urmare, utilizarea lor în celule solare perovskite le va îmbunătăți proprietățile, făcându-le mai viabile pentru implementarea la scară largă pentru soluții de energie curată.Cum elementele pământului rare ajută celulele solare perovskiteExistă multe proprietăți avantajoase pe care le posedă elementele pământurilor rare care pot fi folosite pentru a îmbunătăți funcția acestei noi generații de celule solare. În primul rând, potențialele de oxidare și reducere a ionilor de pământuri rare sunt reversibile, reducând oxidarea și reducerea propriei materialului țintă. În plus, formarea peliculei subțiri poate fi reglată prin adăugarea acestor elemente prin cuplarea lor atât cu perovskiți, cât și cu oxizi metalici de transport de sarcină.În plus, structura de fază și proprietățile optoelectronice pot fi ajustate prin încorporarea lor substituțională în rețeaua cristalină. Pasivarea defectelor poate fi realizată cu succes prin încorporarea acestora în materialul țintă, fie interstițial la granițele granulelor, fie pe suprafața materialului.În plus, fotonii infraroșii și ultravioleți pot fi convertiți în lumină vizibilă sensibilă la perovskit datorită prezenței numeroaselor orbite de tranziție energetică în ionii pământurilor rare.Avantajele acestui lucru sunt duble: evită deteriorarea perovskiților de lumina de mare intensitate și extinde intervalul de răspuns spectral al materialului. Utilizarea elementelor de pământuri rare îmbunătățește semnificativ stabilitatea și eficiența celulelor solare perovskite.Modificarea morfologiilor filmelor subțiriDupă cum sa menționat anterior, elementele pământurilor rare pot modifica morfologiile peliculelor subțiri constând din oxizi metalici. Este bine documentat faptul că morfologia stratului de transport de sarcină subiacent influențează morfologia stratului de perovskit și contactul acestuia cu stratul de transport de sarcină.De exemplu, dopajul cu ioni de pământuri rare previne agregarea nanoparticulelor de SnO2 care pot cauza defecte structurale și, de asemenea, atenuează formarea de cristale mari de NiOx, creând un strat uniform și compact de cristale. Astfel, filmele în strat subțire din aceste substanțe fără defecte pot fi realizate cu dopaje cu pământuri rare.În plus, stratul de schelă din celulele perovskite care au o structură mezoporoasă joacă un rol important în contactele dintre perovskit și straturile de transport de sarcină din celulele solare. Nanoparticulele din aceste structuri pot prezenta defecte morfologice și numeroase granițe.Acest lucru duce la recombinare negativă și gravă a sarcinii non-radiative. Umplerea porilor este, de asemenea, o problemă. Dopajul cu ioni de pământuri rare reglează creșterea schelei și reduce defectele, creând nanostructuri aliniate și uniforme.Oferind îmbunătățiri pentru structura morfologică a straturilor de transport de sarcină și perovskit, ionii de pământuri rare pot îmbunătăți performanța generală și stabilitatea celulelor solare perovskite, făcându-le mai potrivite pentru aplicații comerciale la scară largă.ViitorulImportanța celulelor solare perovskite nu poate fi subestimată. Acestea vor oferi o capacitate superioară de generare a energiei la un cost mult mai mic decât celulele solare actuale pe bază de siliciu de pe piață. Studiul a demonstrat că dopajul perovskitului cu ioni de pământuri rare îi îmbunătățește proprietățile, ceea ce duce la îmbunătățiri ale eficienței și stabilității. Aceasta înseamnă că celulele solare perovskite cu performanțe îmbunătățite sunt cu un pas mai aproape de a deveni realitate.
