Использование редкоземельных элементов для преодоления ограничений солнечных элементов
Использование редкоземельных элементов для преодоления ограничений солнечных элементов
источник: материалы AZOПеровскитные солнечные элементыПеровскитные солнечные элементы имеют преимущества перед современной технологией солнечных батарей. Они могут быть более эффективными, легкими и стоят дешевле, чем другие варианты. В перовскитном солнечном элементе слой перовскита зажат между прозрачным электродом спереди и отражающим электродом в задней части элемента.Слои переноса электродов и переноса дырок вставляются между границами раздела катода и анода, что облегчает сбор заряда на электродах.Существует четыре классификации перовскитных солнечных элементов на основе морфологической структуры и последовательности слоев слоя переноса заряда: регулярные планарные, инвертированные планарные, регулярные мезопористые и инвертированные мезопористые структуры.Однако данная технология имеет ряд недостатков. Свет, влага и кислород могут вызвать их деградацию, их поглощение может быть несогласованным, а также возникают проблемы с безызлучательной рекомбинацией зарядов. Перовскиты могут подвергаться коррозии под действием жидких электролитов, что приводит к проблемам со стабильностью.Для реализации их практического применения необходимо повысить эффективность преобразования энергии и стабильность работы. Однако недавние достижения в области технологий привели к созданию перовскитных солнечных элементов с эффективностью 25,5%, что означает, что они не сильно отстают от обычных кремниевых фотоэлектрических солнечных элементов.С этой целью редкоземельные элементы исследуются для применения в перовскитных солнечных элементах. Они обладают фотофизическими свойствами, которые решают эти проблемы. Таким образом, их использование в перовскитных солнечных элементах улучшит их свойства, что сделает их более жизнеспособными для крупномасштабного внедрения экологически чистых энергетических решений.Как редкоземельные элементы помогают перовскитным солнечным элементамРедкоземельные элементы обладают множеством полезных свойств, которые можно использовать для улучшения работы солнечных элементов нового поколения. Во-первых, потенциалы окисления и восстановления редкоземельных ионов обратимы, что снижает собственное окисление и восстановление целевого материала. Кроме того, образование тонких пленок можно регулировать путем добавления этих элементов путем связывания их как с перовскитами, так и с оксидами металлов, переносящими заряд.Кроме того, фазовую структуру и оптоэлектронные свойства можно регулировать путем замещения их в кристаллическую решетку. Пассивация дефектов может быть успешно достигнута путем внедрения их в целевой материал либо по границам зерен, либо на поверхности материала.Более того, инфракрасные и ультрафиолетовые фотоны могут быть преобразованы в чувствительный к перовскиту видимый свет благодаря наличию многочисленных энергетических орбит перехода у редкоземельных ионов.Это имеет два преимущества: это позволяет избежать повреждения перовскитов светом высокой интенсивности и расширяет спектральный диапазон чувствительности материала. Использование редкоземельных элементов значительно повышает стабильность и эффективность перовскитных солнечных элементов.Изменение морфологии тонких пленокКак упоминалось ранее, редкоземельные элементы могут изменять морфологию тонких пленок, состоящих из оксидов металлов. Хорошо известно, что морфология нижележащего слоя переноса заряда влияет на морфологию слоя перовскита и его контакт со слоем переноса заряда.Например, легирование редкоземельными ионами предотвращает агрегацию наночастиц SnO2, которые могут вызвать структурные дефекты, а также снижает образование крупных кристаллов NiOx, создавая однородный и компактный слой кристаллов. Таким образом, при легировании редкоземельными элементами можно получить тонкослойные пленки этих веществ без дефектов.Кроме того, каркасный слой в перовскитных ячейках, имеющих мезопористую структуру, играет важную роль в контактах между перовскитом и слоями переноса заряда в солнечных элементах. Наночастицы в этих структурах могут иметь морфологические дефекты и многочисленные границы зерен.Это приводит к неблагоприятной и серьезной безызлучательной рекомбинации зарядов. Заполнение пор также является проблемой. Легирование редкоземельными ионами регулирует рост каркаса и уменьшает дефекты, создавая выровненные и однородные наноструктуры.Обеспечивая улучшение морфологической структуры перовскита и слоев переноса заряда, редкоземельные ионы могут улучшить общую производительность и стабильность перовскитных солнечных элементов, делая их более подходящими для крупномасштабного коммерческого применения.БудущееВажность перовскитных солнечных элементов нельзя недооценивать. Они обеспечат превосходную мощность по выработке энергии по гораздо более низкой цене, чем существующие на рынке солнечные элементы на основе кремния. Исследование показало, что легирование перовскита ионами редкоземельных металлов улучшает его свойства, что приводит к повышению эффективности и стабильности. Это означает, что солнечные элементы на основе перовскита с улучшенными характеристиками стали на шаг ближе к тому, чтобы стать реальностью.
