Güneş Pillerinin Sınırlamalarını Aşmak İçin Nadir Toprak Elementlerinin Kullanılması
Güneş Pillerinin Sınırlamalarını Aşmak İçin Nadir Toprak Elementlerinin Kullanılması
kaynak:AZO malzemeleriPerovskit Güneş PilleriPerovskite güneş pilleri mevcut güneş pili teknolojisine göre avantajlara sahiptir. Daha verimli olma potansiyeline sahiptirler, daha hafiftirler ve diğer çeşitlere göre daha az maliyetlidirler. Perovskit güneş pilinde perovskit tabakası, hücrenin ön tarafındaki şeffaf elektrot ile arka tarafındaki yansıtıcı elektrot arasına sıkıştırılır.Elektrotlarda yük toplanmasını kolaylaştıran katot ve anot arayüzleri arasına elektrot taşıma ve delik taşıma katmanları yerleştirilir.Yük taşıma katmanının morfoloji yapısına ve katman sırasına göre perovskit güneş pillerinin dört sınıflandırması vardır: düzenli düzlemsel, ters çevrilmiş düzlemsel, düzenli mezogözenekli ve ters çevrilmiş mezogözenekli yapılar.Ancak teknolojinin çeşitli dezavantajları bulunmaktadır. Işık, nem ve oksijen bunların bozulmasına neden olabilir, emilimleri uyumsuz olabilir ve ayrıca ışınımsız yük rekombinasyonuyla ilgili sorunlar da vardır. Perovskitler sıvı elektrolitler tarafından aşındırılarak stabilite sorunlarına yol açabilir.Pratik uygulamalarını gerçekleştirmek için güç dönüşüm verimliliğinde ve operasyonel kararlılığında iyileştirmeler yapılması gerekmektedir. Bununla birlikte, teknolojideki son gelişmeler, %25,5 verimliliğe sahip perovskit güneş pillerinin üretilmesine yol açmıştır; bu da bunların, geleneksel silikon fotovoltaik güneş pillerinin çok gerisinde olmadığı anlamına gelmektedir.Bu amaçla, perovskit güneş pillerindeki uygulamalar için nadir toprak elementleri araştırılmıştır. Sorunların üstesinden gelebilecek fotofiziksel özelliklere sahiptirler. Bunları perovskit güneş pillerinde kullanmak bu nedenle özelliklerini geliştirecek ve temiz enerji çözümlerinin büyük ölçekli uygulamaları için onları daha uygun hale getirecektir.Nadir Toprak Elementleri Perovskit Güneş Pillerine Nasıl Yardımcı Olur?Nadir toprak elementlerinin sahip olduğu pek çok avantajlı özellik, bu yeni nesil güneş pillerinin işlevini geliştirmek için kullanılabilecektir. İlk olarak, nadir toprak iyonlarındaki oksidasyon ve indirgeme potansiyelleri tersine çevrilebilir ve hedef malzemenin kendi oksidasyonunu ve indirgemesini azaltır. Ek olarak ince film oluşumu, bu elementlerin hem perovskitlerle hem de yük taşıma metal oksitleriyle birleştirilmesi yoluyla eklenmesiyle düzenlenebilir.Ayrıca faz yapısı ve optoelektronik özellikler, bunların kristal kafes içine ikameli olarak yerleştirilmesiyle ayarlanabilir. Kusurların pasifleştirilmesi, bunların hedef malzemeye ya tanecik sınırlarında aralıklı olarak ya da malzemenin yüzeyinde gömülmesiyle başarılı bir şekilde gerçekleştirilebilir.Ayrıca, kızılötesi ve morötesi fotonlar, nadir toprak iyonlarındaki çok sayıda enerjik geçiş yörüngelerinin varlığı nedeniyle perovskite duyarlı görünür ışığa dönüştürülebilir.Bunun iki avantajı var: Perovskitlerin yüksek yoğunluklu ışıktan zarar görmesini önlüyor ve malzemenin spektral tepki aralığını genişletiyor. Nadir toprak elementlerinin kullanılması perovskit güneş pillerinin stabilitesini ve verimliliğini önemli ölçüde artırır.İnce Filmlerin Morfolojilerinin DeğiştirilmesiDaha önce de belirtildiği gibi nadir toprak elementleri, metal oksitlerden oluşan ince filmlerin morfolojilerini değiştirebilir. Alttaki yük taşıma katmanının morfolojisinin, perovskit katmanının morfolojisini ve bunun yük taşıma katmanıyla temasını etkilediği iyi belgelenmiştir.Örneğin, nadir toprak iyonlarıyla katkılama, yapısal kusurlara neden olabilecek SnO2 nanopartiküllerinin toplanmasını önler ve aynı zamanda büyük NiOx kristallerinin oluşumunu azaltarak tekdüze ve kompakt bir kristal tabakası oluşturur. Böylece nadir toprak dopingi ile bu maddelerin hatasız ince tabaka filmleri elde edilebilir.Ayrıca, mezogözenekli bir yapıya sahip olan perovskit hücrelerindeki iskele tabakası, güneş hücrelerindeki perovskit ile yük taşıma katmanları arasındaki temaslarda önemli rol oynar. Bu yapılardaki nanopartiküller morfolojik kusurlar ve çok sayıda tane sınırı sergileyebilir.Bu, olumsuz ve ciddi ışınımsız yük rekombinasyonuna yol açar. Gözenek doldurma da bir sorundur. Nadir toprak iyonlarıyla katkılama, iskele büyümesini düzenler ve kusurları azaltarak hizalanmış ve tekdüze nanoyapılar oluşturur.Nadir toprak iyonları, perovskit ve yük taşıma katmanlarının morfolojik yapısında iyileştirmeler sağlayarak, perovskit güneş pillerinin genel performansını ve stabilitesini iyileştirerek onları büyük ölçekli ticari uygulamalar için daha uygun hale getirebilir.GelecekPerovskit güneş pillerinin önemi küçümsenemez. Piyasadaki mevcut silikon bazlı güneş pillerinden çok daha düşük bir maliyetle üstün enerji üretim kapasitesi sağlayacaklar. Çalışma, perovskitin nadir toprak iyonlarıyla dopinglenmesinin özelliklerini iyileştirdiğini, verimlilik ve stabilitede iyileşmelere yol açtığını gösterdi. Bu, gelişmiş performansa sahip perovskit güneş pillerinin gerçeğe dönüşmeye bir adım daha yaklaştığı anlamına geliyor.
