Використання рідкоземельних елементів для подолання обмежень сонячних елементів
Використання рідкоземельних елементів для подолання обмежень сонячних елементів
Джерело: матеріали АзОПеровскітові сонячні батареїПеровскітні сонячні елементи мають переваги перед сучасною технологією сонячних батарей. Вони мають потенціал бути більш ефективними, легкими та дешевшими за інші варіанти. У перовскітних сонячних елементах шар перовскіту затиснутий між прозорим електродом спереду та відбиваючим електродом ззаду елемента.Електродний транспортний шар і транспортний шар дірок вставляються між поверхнями катода та анода, що полегшує збір заряду на електродах.Існує чотири класифікації перовскітних сонячних елементів на основі морфологічної структури та послідовності шарів шару транспортування заряду: регулярні планарні, інвертовані планарні, регулярні мезопористі та інвертовані мезопористі структури.Однак технологія має кілька недоліків. Світло, волога та кисень можуть викликати їх деградацію, їх поглинання може бути невідповідним, і вони також мають проблеми з нерадіаційною рекомбінацією зарядів. Перовскіти можуть роз'їдатися рідкими електролітами, що призводить до проблем зі стабільністю.Щоб реалізувати їх практичне застосування, необхідно покращити ефективність перетворення електроенергії та стабільність роботи. Однак останні досягнення в технології призвели до створення перовскітних сонячних елементів з ефективністю 25,5%, що означає, що вони ненабагато поступаються звичайним кремнієвим фотоелектричним елементам.З цією метою рідкоземельні елементи були досліджені для застосування в перовскітних сонячних елементах. Вони мають фотофізичні властивості, які долають проблеми. Таким чином, їх використання в перовскітних сонячних елементах покращить їхні властивості, що зробить їх більш життєздатними для широкомасштабного впровадження в екологічно чисті енергетичні рішення.Як рідкоземельні елементи допомагають перовскітним сонячним елементамРідкоземельні елементи мають багато корисних властивостей, які можна використовувати для покращення роботи цього нового покоління сонячних батарей. По-перше, потенціали окислення та відновлення в рідкоземельних іонах є оборотними, зменшуючи власне окислення та відновлення цільового матеріалу. Крім того, утворення тонкої плівки можна регулювати шляхом додавання цих елементів шляхом з’єднання їх як з перовскітами, так і з оксидами металів для транспортування заряду.Крім того, фазову структуру та оптоелектронні властивості можна регулювати шляхом заміщення їх у кристалічну решітку. Пасивація дефектів може бути успішно досягнута шляхом вбудовування їх у цільовий матеріал або міжтканинно на границях зерен, або на поверхні матеріалу.Крім того, інфрачервоні та ультрафіолетові фотони можуть бути перетворені у видиме світло, що реагує на перовскіт, завдяки наявності численних енергетичних перехідних орбіт в іонах рідкоземельних елементів.Переваги цього подвійні: це дозволяє уникнути пошкодження перовскітів світлом високої інтенсивності та розширити діапазон спектрального відгуку матеріалу. Використання рідкоземельних елементів значно покращує стабільність і ефективність перовскітних сонячних батарей.Модифікація морфології тонких плівокЯк згадувалося раніше, рідкоземельні елементи можуть змінювати морфологію тонких плівок, що складаються з оксидів металів. Добре задокументовано, що морфологія нижнього шару транспортування заряду впливає на морфологію шару перовскіту та його контакт із шаром транспортування заряду.Наприклад, легування рідкоземельними іонами запобігає агрегації наночастинок SnO2, що може спричинити структурні дефекти, а також пом’якшує утворення великих кристалів NiOx, створюючи однорідний і компактний шар кристалів. Таким чином, тонкошарові плівки цих речовин без дефектів можна отримати за допомогою рідкоземельного легування.Крім того, каркасний шар у перовскітних клітинах, які мають мезопористу структуру, відіграє важливу роль у контактах між перовскітом і шарами транспортування заряду в сонячних елементах. Наночастинки в цих структурах можуть мати морфологічні дефекти та численні межі зерен.Це призводить до несприятливої та серйозної нерадіаційної рекомбінації зарядів. Заповнення пор також є проблемою. Допування іонами рідкоземельних елементів регулює ріст каркаса та зменшує дефекти, створюючи вирівняні та однорідні наноструктури.Забезпечуючи вдосконалення морфологічної структури перовскіту та шарів транспортування заряду, рідкоземельні іони можуть покращити загальну продуктивність і стабільність перовскітних сонячних елементів, роблячи їх більш придатними для великомасштабного комерційного застосування.МайбутнєВажливість перовскітних сонячних елементів важко недооцінити. Вони забезпечуватимуть чудову потужність генерації енергії за набагато нижчою ціною, ніж поточні кремнієві сонячні батареї на ринку. Дослідження показало, що легування перовскіту рідкоземельними іонами покращує його властивості, що призводить до підвищення ефективності та стабільності. Це означає, що перовскітові сонячні батареї з покращеною продуктивністю на крок ближче до того, щоб стати реальністю.
