Používanie prvkov vzácnych zemín na prekonanie obmedzení solárnych článkov
Používanie prvkov vzácnych zemín na prekonanie obmedzení solárnych článkov
zdroj:AZO materiályPerovskitové solárne článkyPerovskitové solárne články majú výhody oproti súčasnej technológii solárnych článkov. Majú potenciál byť efektívnejšie, sú ľahké a stoja menej ako iné varianty. V perovskitovom solárnom článku je vrstva perovskitu vložená medzi priehľadnú elektródu vpredu a reflexnú elektródu v zadnej časti článku.Elektródové transportné a dierové transportné vrstvy sú vložené medzi katódové a anódové rozhrania, čo uľahčuje zber náboja na elektródach.Existujú štyri klasifikácie perovskitových solárnych článkov založené na morfologickej štruktúre a postupnosti vrstiev vrstvy transportu náboja: pravidelné rovinné, invertované rovinné, pravidelné mezoporézne a invertované mezoporézne štruktúry.Technológia má však niekoľko nevýhod. Svetlo, vlhkosť a kyslík môžu vyvolať ich degradáciu, ich absorpcia môže byť nesúladná a majú tiež problémy s nežiarivou rekombináciou náboja. Perovskity môžu byť korodované kvapalnými elektrolytmi, čo vedie k problémom so stabilitou.Na realizáciu ich praktických aplikácií je potrebné zlepšiť ich účinnosť premeny energie a prevádzkovú stabilitu. Nedávny pokrok v technológii však viedol k perovskitovým solárnym článkom s účinnosťou 25,5 %, čo znamená, že nie sú ďaleko za konvenčnými kremíkovými fotovoltaickými solárnymi článkami.Na tento účel sa skúmali prvky vzácnych zemín pre aplikácie v perovskitových solárnych článkoch. Majú fotofyzikálne vlastnosti, ktoré prekonávajú problémy. Ich použitie v perovskitových solárnych článkoch preto zlepší ich vlastnosti, čím sa stanú životaschopnejšími pre rozsiahlu implementáciu pre riešenia čistej energie.Ako prvky vzácnych zemín pomáhajú perovskitovým solárnym článkomExistuje mnoho výhodných vlastností prvkov vzácnych zemín, ktoré možno využiť na zlepšenie funkcie tejto novej generácie solárnych článkov. Po prvé, oxidačné a redukčné potenciály v iónoch vzácnych zemín sú reverzibilné, čím sa znižuje vlastná oxidácia a redukcia cieľového materiálu. Okrem toho môže byť tvorba tenkého filmu regulovaná pridaním týchto prvkov ich spojením s perovskitmi a oxidmi kovov prenášajúcich náboj.Okrem toho možno fázovú štruktúru a optoelektronické vlastnosti upraviť ich substitučným zabudovaním do kryštálovej mriežky. Pasiváciu defektov možno úspešne dosiahnuť ich zapustením do cieľového materiálu buď intersticiálne na hraniciach zŕn alebo na povrchu materiálu.Okrem toho môžu byť infračervené a ultrafialové fotóny premenené na viditeľné svetlo reagujúce na perovskity v dôsledku prítomnosti mnohých energetických prechodových dráh v iónoch vzácnych zemín.Výhody sú dvojaké: zabraňuje poškodeniu perovskitov svetlom s vysokou intenzitou a rozširuje rozsah spektrálnej odozvy materiálu. Použitie prvkov vzácnych zemín výrazne zlepšuje stabilitu a účinnosť perovskitových solárnych článkov.Modifikácia morfológie tenkých vrstievAko už bolo uvedené, prvky vzácnych zemín môžu modifikovať morfológiu tenkých vrstiev pozostávajúcich z oxidov kovov. Je dobre zdokumentované, že morfológia podkladovej vrstvy transportu náboja ovplyvňuje morfológiu perovskitovej vrstvy a jej kontakt s vrstvou transportu náboja.Napríklad dopovanie iónmi vzácnych zemín zabraňuje agregácii nanočastíc SnO2, ktoré môžu spôsobiť štrukturálne defekty, a tiež zmierňuje tvorbu veľkých kryštálov NiOx, čím sa vytvára jednotná a kompaktná vrstva kryštálov. Tak je možné pomocou dopovania vzácnych zemín dosiahnuť tenkovrstvové filmy týchto látok bez defektov.Okrem toho vrstva lešenia v perovskitových článkoch, ktoré majú mezoporéznu štruktúru, hrá dôležitú úlohu v kontaktoch medzi perovskitovými a nábojovými transportnými vrstvami v solárnych článkoch. Nanočastice v týchto štruktúrach môžu vykazovať morfologické defekty a početné hranice zŕn.To vedie k nepriaznivej a vážnej nežiarivej rekombinácii náboja. Problémom je aj vypĺňanie pórov. Dopovanie iónmi vzácnych zemín reguluje rast skeletu a znižuje defekty, čím vytvára zarovnané a jednotné nanoštruktúry.Poskytnutím vylepšení morfologickej štruktúry perovskitových a nábojových transportných vrstiev môžu ióny vzácnych zemín zlepšiť celkový výkon a stabilitu perovskitových solárnych článkov, vďaka čomu sú vhodnejšie pre rozsiahle komerčné aplikácie.BudúcnosťVýznam perovskitových solárnych článkov nemožno podceňovať. Poskytnú vynikajúcu kapacitu na výrobu energie za oveľa nižšie náklady ako súčasné solárne články na báze kremíka na trhu. Štúdia preukázala, že dopovanie perovskitu iónmi vzácnych zemín zlepšuje jeho vlastnosti, čo vedie k zlepšeniu účinnosti a stability. To znamená, že perovskitové solárne články so zlepšeným výkonom sú o krok bližšie k tomu, aby sa stali realitou.
