Uporaba elementov redkih zemelj za premagovanje omejitev sončnih celic
Uporaba elementov redkih zemelj za premagovanje omejitev sončnih celic
vir: materiali AZOPerovskitne sončne celicePerovskitne sončne celice imajo prednosti pred trenutno tehnologijo sončnih celic. Imajo potencial, da so učinkovitejši, so lahki in stanejo manj kot druge različice. V perovskitni sončni celici je plast perovskita stisnjena med prozorno elektrodo na sprednji strani in odbojno elektrodo na zadnji strani celice.Med katodne in anodne vmesnike so vstavljeni transportni sloji elektrod in lukenj, kar olajša zbiranje naboja na elektrodah.Obstajajo štiri klasifikacije perovskitnih sončnih celic, ki temeljijo na morfološki strukturi in zaporedju slojev transportne plasti naboja: običajne ravninske, invertno planarne, pravilne mezoporozne in invertno mezoporozne strukture.Vendar pa ima tehnologija več pomanjkljivosti. Svetloba, vlaga in kisik lahko povzročijo njihovo razgradnjo, njihova absorpcija je lahko neusklajena, težave pa imajo tudi z nesevalno rekombinacijo naboja. Perovskite lahko razjedajo tekoči elektroliti, kar povzroči težave s stabilnostjo.Za uresničitev njihove praktične uporabe je treba izboljšati njihovo učinkovitost pretvorbe moči in stabilnost delovanja. Nedavni napredek v tehnologiji pa je pripeljal do perovskitnih sončnih celic s 25,5-odstotnim izkoristkom, kar pomeni, da ne zaostajajo veliko za običajnimi silicijevimi fotovoltaičnimi sončnimi celicami.V ta namen so bili raziskani elementi redkih zemelj za uporabo v perovskitnih sončnih celicah. Imajo fotofizične lastnosti, ki premagajo težave. Njihova uporaba v perovskitnih sončnih celicah bo torej izboljšala njihove lastnosti, zaradi česar bodo bolj primerne za obsežno izvedbo za rešitve čiste energije.Kako redkozemeljski elementi pomagajo perovskitnim sončnim celicamElementi redkih zemelj imajo veliko koristnih lastnosti, ki jih je mogoče uporabiti za izboljšanje delovanja te nove generacije sončnih celic. Prvič, potenciali oksidacije in redukcije v ionih redkih zemelj so reverzibilni, kar zmanjša lastno oksidacijo in redukcijo ciljnega materiala. Poleg tega je mogoče tvorbo tankega filma regulirati z dodajanjem teh elementov tako, da jih povežemo s perovskiti in kovinskimi oksidi za prenos naboja.Poleg tega je mogoče fazno strukturo in optoelektronske lastnosti prilagoditi tako, da jih substitucijsko vgradimo v kristalno mrežo. Pasivacijo napak je mogoče uspešno doseči z vdelavo v ciljni material bodisi intersticijsko na mejah zrn bodisi na površini materiala.Poleg tega se lahko infrardeči in ultravijolični fotoni pretvorijo v vidno svetlobo, ki se odziva na perovskit, zaradi prisotnosti številnih energetskih prehodnih orbit v ionih redkih zemelj.Prednosti tega sta dvojni: preprečuje, da bi perovskite poškodovala visokointenzivna svetloba, in razširi obseg spektralnega odziva materiala. Uporaba elementov redkih zemelj bistveno izboljša stabilnost in učinkovitost perovskitnih sončnih celic.Spreminjanje morfologije tankih filmovKot smo že omenili, lahko redki zemeljski elementi spremenijo morfologijo tankih filmov, sestavljenih iz kovinskih oksidov. Dobro je dokumentirano, da morfologija spodnje plasti za prenos naboja vpliva na morfologijo plasti perovskita in njen stik s plastjo za prenos naboja.Na primer, dopiranje z ioni redkih zemelj preprečuje združevanje nanodelcev SnO2, ki lahko povzročijo strukturne napake, poleg tega pa ublaži nastanek velikih kristalov NiOx, kar ustvari enotno in kompaktno plast kristalov. Tako je mogoče tankoplastne filme teh snovi brez napak doseči z dopiranjem redkih zemelj.Poleg tega ima ogrodna plast v perovskitnih celicah, ki imajo mezoporozno strukturo, pomembno vlogo pri stikih med perovskitom in plastmi za prenos naboja v sončnih celicah. Nanodelci v teh strukturah lahko kažejo morfološke napake in številne meje zrn.To vodi do škodljive in resne nesevalne rekombinacije naboja. Problem je tudi polnjenje por. Dopiranje z ioni redkih zemelj uravnava rast ogrodja in zmanjšuje napake ter ustvarja poravnane in enotne nanostrukture.Z zagotavljanjem izboljšav za morfološko strukturo perovskita in plasti za prenos naboja lahko ioni redkih zemelj izboljšajo splošno delovanje in stabilnost perovskitnih sončnih celic, zaradi česar so primernejše za obsežne komercialne aplikacije.PrihodnostPomena perovskitnih sončnih celic ni mogoče podcenjevati. Zagotovili bodo vrhunsko zmogljivost za proizvodnjo energije za veliko nižjo ceno kot trenutne sončne celice na osnovi silicija na trgu. Študija je pokazala, da dopiranje perovskita z ioni redkih zemelj izboljša njegove lastnosti, kar vodi k izboljšanju učinkovitosti in stabilnosti. To pomeni, da so perovskitne sončne celice z izboljšano zmogljivostjo korak bližje temu, da postanejo resničnost.
