Använda sällsynta jordartselement för att övervinna begränsningar hos solceller
Använda sällsynta jordartselement för att övervinna begränsningar hos solceller
källa: AZO materialPerovskite solcellerPerovskite solceller har fördelar jämfört med dagens solcellsteknik. De har potential att bli mer effektiva, är lätta och kostar mindre än andra varianter. I en perovskitsolcell är perovskitskiktet inklämt mellan en transparent elektrod på framsidan och en reflekterande elektrod på baksidan av cellen.Elektrodtransport- och håltransportskikt är införda mellan katod- och anodgränssnitt, vilket underlättar laddningsuppsamling vid elektroderna.Det finns fyra klassificeringar av perovskitsolceller baserade på morfologisk struktur och lagersekvens av laddningstransportskiktet: regelbundna plana, inverterade plana, regelbundna mesoporösa och inverterade mesoporösa strukturer.Det finns dock flera nackdelar med tekniken. Ljus, fukt och syre kan inducera deras nedbrytning, deras absorption kan vara felaktig, och de har också problem med icke-strålande laddningsrekombination. Perovskiter kan korroderas av flytande elektrolyter, vilket leder till stabilitetsproblem.För att förverkliga deras praktiska tillämpningar måste förbättringar göras i deras effektomvandlingseffektivitet och driftsstabilitet. Den senaste tidens teknologiska framsteg har dock lett till perovskitsolceller med 25,5 % verkningsgrad, vilket innebär att de inte ligger långt efter konventionella solceller av kisel.För detta ändamål har sällsynta jordartsmetaller undersökts för tillämpningar i perovskitsolceller. De har fotofysiska egenskaper som övervinner problemen. Att använda dem i perovskitsolceller kommer därför att förbättra deras egenskaper, vilket gör dem mer lönsamma för storskalig implementering för rena energilösningar.Hur sällsynta jordartselement hjälper Perovskite-solcellerDet finns många fördelaktiga egenskaper som sällsynta jordartsmetaller har som kan användas för att förbättra funktionen hos denna nya generation av solceller. För det första är oxidations- och reduktionspotentialen i joner av sällsynta jordartsmetaller reversibla, vilket minskar målmaterialets egen oxidation och reduktion. Dessutom kan tunnfilmsbildningen regleras genom tillsats av dessa element genom att koppla dem med både perovskiter och laddningstransportmetalloxider.Dessutom kan fasstruktur och optoelektroniska egenskaper justeras genom att substitutionellt bädda in dem i kristallgittret. Defektpassivering kan framgångsrikt uppnås genom att bädda in dem i målmaterialet antingen interstitiellt vid korngränserna eller på materialets yta.Dessutom kan infraröda och ultravioletta fotoner omvandlas till perovskit-reagerande synligt ljus på grund av närvaron av många energiska övergångsbanor i joner av sällsynta jordartsmetaller.Fördelarna med detta är tvåfaldiga: det undviker att perovskiterna skadas av högintensivt ljus och utökar materialets spektrala svarsområde. Att använda sällsynta jordartsmetaller förbättrar avsevärt stabiliteten och effektiviteten hos perovskitsolceller.Modifiering av morfologier för tunna filmerSom tidigare nämnts kan sällsynta jordartsmetaller modifiera morfologierna hos tunna filmer som består av metalloxider. Det är väldokumenterat att det underliggande laddningstransportskiktets morfologi påverkar perovskitskiktets morfologi och dess kontakt med laddningstransportskiktet.Till exempel förhindrar dopning med joner av sällsynta jordartsmetaller aggregering av SnO2-nanopartiklar som kan orsaka strukturella defekter, och minskar också bildningen av stora NiOx-kristaller, vilket skapar ett enhetligt och kompakt lager av kristaller. Således kan tunna skiktfilmer av dessa substanser utan defekter uppnås med sällsynta jordartsmetaller doping.Dessutom spelar ställningsskiktet i perovskitceller som har en mesoporös struktur en viktig roll i kontakterna mellan perovskiten och laddningstransportskikten i solcellerna. Nanopartiklarna i dessa strukturer kan uppvisa morfologiska defekter och många korngränser.Detta leder till ogynnsam och allvarlig icke-strålande laddningsrekombination. Porfyllning är också ett problem. Doping med joner av sällsynta jordartsmetaller reglerar byggnadsställningens tillväxt och minskar defekter, vilket skapar anpassade och enhetliga nanostrukturer.Genom att tillhandahålla förbättringar för den morfologiska strukturen av perovskit- och laddningstransportlager kan sällsynta jordartsmetalljoner förbättra den övergripande prestandan och stabiliteten hos perovskitsolceller, vilket gör dem mer lämpade för storskaliga kommersiella tillämpningar.FramtidenBetydelsen av perovskitsolceller kan inte underskattas. De kommer att ge överlägsen energiproduktionskapacitet till en mycket lägre kostnad än nuvarande kiselbaserade solceller på marknaden. Studien har visat att dopning av perovskit med joner av sällsynta jordartsmetaller förbättrar dess egenskaper, vilket leder till förbättringar i effektivitet och stabilitet. Det betyder att perovskitesolceller med förbättrad prestanda är ett steg närmare att bli verklighet.
