Sử dụng các nguyên tố đất hiếm để khắc phục hạn chế của pin mặt trời
Sử dụng các nguyên tố đất hiếm để khắc phục hạn chế của pin mặt trời
nguồn:vật liệu AZOPin mặt trời PerovskitePin mặt trời Perovskite có lợi thế hơn so với công nghệ pin mặt trời hiện nay.Chúng có tiềm năng hoạt động hiệu quả hơn, nhẹ hơn và có giá thành thấp hơn các biến thể khác.Trong pin mặt trời perovskite, lớp perovskite được kẹp giữa một điện cực trong suốt ở phía trước và một điện cực phản chiếu ở phía sau tế bào.Các lớp vận chuyển điện cực và lỗ vận chuyển được chèn vào giữa các bề mặt cực âm và cực dương, tạo điều kiện thuận lợi cho việc thu điện tích ở các điện cực.Có bốn cách phân loại pin mặt trời perovskite dựa trên cấu trúc hình thái và trình tự lớp của lớp vận chuyển điện tích: cấu trúc phẳng đều, phẳng đảo ngược, cấu trúc trung mô đều và cấu trúc trung mô đảo ngược.Tuy nhiên, có một số hạn chế tồn tại với công nghệ này.Ánh sáng, độ ẩm và oxy có thể gây ra sự phân hủy của chúng, khả năng hấp thụ của chúng có thể không tương xứng và chúng cũng gặp vấn đề với sự tái hợp điện tích không bức xạ.Perovskites có thể bị ăn mòn bởi chất điện phân lỏng, dẫn đến các vấn đề về độ ổn định.Để hiện thực hóa các ứng dụng thực tế của chúng, cần phải cải thiện hiệu suất chuyển đổi năng lượng và độ ổn định vận hành của chúng.Tuy nhiên, những tiến bộ gần đây trong công nghệ đã tạo ra pin mặt trời perovskite với hiệu suất 25,5%, điều đó có nghĩa là chúng không thua xa pin mặt trời quang điện silicon thông thường.Để đạt được mục tiêu này, các nguyên tố đất hiếm đã được khám phá để ứng dụng vào pin mặt trời perovskite.Họ sở hữu các đặc tính quang học có thể khắc phục được các vấn đề.Do đó, việc sử dụng chúng trong pin mặt trời perovskite sẽ cải thiện các đặc tính của chúng, khiến chúng trở nên khả thi hơn khi triển khai các giải pháp năng lượng sạch trên quy mô lớn.Các nguyên tố đất hiếm hỗ trợ pin mặt trời Perovskite như thế nàoCó nhiều đặc tính thuận lợi mà các nguyên tố đất hiếm sở hữu có thể được sử dụng để cải thiện chức năng của thế hệ pin mặt trời mới này.Thứ nhất, thế oxy hóa và khử trong các ion đất hiếm có thể thuận nghịch, làm giảm quá trình oxy hóa và khử của chính vật liệu mục tiêu.Ngoài ra, sự hình thành màng mỏng có thể được điều chỉnh bằng cách bổ sung các nguyên tố này bằng cách ghép chúng với cả perovskite và oxit kim loại vận chuyển điện tích.Hơn nữa, cấu trúc pha và tính chất quang điện tử có thể được điều chỉnh bằng cách nhúng thay thế chúng vào mạng tinh thể.Việc thụ động hóa khuyết tật có thể đạt được thành công bằng cách nhúng chúng vào vật liệu mục tiêu ở kẽ hở ở ranh giới hạt hoặc trên bề mặt vật liệu.Hơn nữa, các photon hồng ngoại và tử ngoại có thể được chuyển đổi thành ánh sáng khả kiến phản ứng với perovskite nhờ sự hiện diện của nhiều quỹ đạo chuyển tiếp năng lượng trong các ion đất hiếm.Ưu điểm của việc này là gấp đôi: nó tránh cho perovskite bị hư hại bởi ánh sáng cường độ cao và mở rộng phạm vi phản ứng quang phổ của vật liệu.Sử dụng các nguyên tố đất hiếm giúp cải thiện đáng kể tính ổn định và hiệu quả của pin mặt trời perovskite.Sửa đổi hình thái của màng mỏngNhư đã đề cập trước đây, các nguyên tố đất hiếm có thể làm thay đổi hình thái của màng mỏng bao gồm các oxit kim loại.Có tài liệu rõ ràng rằng hình thái của lớp vận chuyển điện tích bên dưới ảnh hưởng đến hình thái của lớp perovskite và sự tiếp xúc của nó với lớp vận chuyển điện tích.Ví dụ, pha tạp các ion đất hiếm ngăn chặn sự kết tụ của các hạt nano SnO2 có thể gây ra các khiếm khuyết về cấu trúc, đồng thời giảm thiểu sự hình thành các tinh thể NiOx lớn, tạo ra một lớp tinh thể đồng nhất và nhỏ gọn.Do đó, có thể tạo ra màng lớp mỏng không có khuyết tật của các chất này bằng pha tạp đất hiếm.Ngoài ra, lớp giàn giáo trong tế bào perovskite có cấu trúc trung mô đóng vai trò quan trọng trong sự tiếp xúc giữa perovskite và các lớp vận chuyển điện tích trong pin mặt trời.Các hạt nano trong các cấu trúc này có thể biểu hiện các khiếm khuyết về hình thái và nhiều ranh giới hạt.Điều này dẫn đến sự tái hợp điện tích không bức xạ bất lợi và nghiêm trọng.Làm đầy lỗ chân lông cũng là một vấn đề.Việc pha tạp các ion đất hiếm điều chỉnh sự phát triển của giàn giáo và giảm thiểu các khuyết tật, tạo ra các cấu trúc nano đồng nhất và thẳng hàng.Bằng cách cải thiện cấu trúc hình thái của perovskite và các lớp vận chuyển điện tích, các ion đất hiếm có thể cải thiện hiệu suất tổng thể và độ ổn định của pin mặt trời perovskite, khiến chúng phù hợp hơn cho các ứng dụng thương mại quy mô lớn.Tương laiKhông thể đánh giá thấp tầm quan trọng của pin mặt trời perovskite.Chúng sẽ cung cấp khả năng tạo năng lượng vượt trội với chi phí thấp hơn nhiều so với pin mặt trời dựa trên silicon hiện có trên thị trường.Nghiên cứu đã chứng minh rằng pha tạp perovskite với các ion đất hiếm giúp cải thiện tính chất của nó, dẫn đến cải thiện hiệu quả và độ ổn định.Điều này có nghĩa là pin mặt trời perovskite với hiệu suất được cải thiện đang tiến một bước gần hơn để trở thành hiện thực.
