Utilizarea elementelor de pământuri rare pentru a depăși limitele celulelor solare
Celulele solare perovskite au avantaje față de tehnologia actuală a celulelor solare. Au potențialul de a fi mai eficiente, sunt ușoare și costă mai puțin decât alte variante. Într-o celulă solară perovskită, stratul de perovskit este intercalat între un electrod transparent în partea din față și un electrod reflectorizant în partea din spate a celulei. Straturile de transport ale electrozilor și straturile de transport ale găurilor sunt inserate între interfețele catodului și anodului, ceea ce facilitează colectarea sarcinii la electrozi. Există patru clasificări ale celulelor solare perovskite pe baza structurii morfologice și a secvenței straturilor stratului de transport de sarcină: structuri planare regulate, planare inversate, mezoporoase regulate și mezoporoase inversate. Cu toate acestea, această tehnologie prezintă mai multe dezavantaje. Lumina, umiditatea și oxigenul pot induce degradarea lor, absorbția lor poate fi nepotrivită și au, de asemenea, probleme cu recombinarea sarcinii non-radiative. Perovskiții pot fi corodați de electroliți lichizi, ceea ce duce la probleme de stabilitate. Pentru a realiza aplicațiile lor practice, trebuie aduse îmbunătățiri în ceea ce privește eficiența conversiei de energie și stabilitatea operațională. Cu toate acestea, progresele recente în tehnologie au condus la celule solare perovskite cu o eficiență de 25,5%, ceea ce înseamnă că acestea nu sunt mult în urma celulelor solare fotovoltaice convenționale din siliciu. În acest scop, au fost explorate elemente de pământuri rare pentru aplicații în celulele solare perovskite. Acestea posedă proprietăți fotofizice care depășesc problemele. Prin urmare, utilizarea lor în celulele solare perovskite le va îmbunătăți proprietățile, făcându-le mai viabile pentru implementarea la scară largă a soluțiilor de energie curată. Cum ajută elementele pământurilor rare celulele solare perovskite Elementele de pământuri rare posedă numeroase proprietăți avantajoase care pot fi utilizate pentru a îmbunătăți funcționarea acestei noi generații de celule solare. În primul rând, potențialele de oxidare și reducere ale ionilor de pământuri rare sunt reversibile, reducând oxidarea și reducerea proprie a materialului țintă. În plus, formarea peliculei subțiri poate fi reglată prin adăugarea acestor elemente prin cuplarea lor atât cu perovskiți, cât și cu oxizi metalici de transport al sarcinii. În plus, structura de fază și proprietățile optoelectronice pot fi ajustate prin încorporarea lor prin substituție în rețeaua cristalină. Pasivizarea defectelor poate fi realizată cu succes prin încorporarea lor în materialul țintă fie interstițial la limitele granulelor, fie pe suprafața materialului. Mai mult, fotonii infraroșii și ultravioleți pot fi convertiți în lumină vizibilă sensibilă la perovskit datorită prezenței numeroaselor orbite de tranziție energetică în ionii de pământuri rare. Avantajele acestui proces sunt duble: se evită deteriorarea perovskiților de către lumina de intensitate mare și se extinde gama de răspuns spectral al materialului. Utilizarea elementelor din pământuri rare îmbunătățește semnificativ stabilitatea și eficiența celulelor solare perovskite. Modificarea morfologiilor peliculelor subțiri Așa cum am menționat anterior, elementele de pământuri rare pot modifica morfologiile peliculelor subțiri formate din oxizi metalici. Este bine documentat faptul că morfologia stratului de transport de sarcină subiacent influențează morfologia stratului de perovskit și contactul acestuia cu stratul de transport de sarcină. De exemplu, doparea cu ioni de pământuri rare previne agregarea nanoparticulelor de SnO2 care pot cauza defecte structurale și, de asemenea, atenuează formarea cristalelor mari de NiOx, creând un strat uniform și compact de cristale. Astfel, prin doparea cu pământuri rare se pot obține pelicule subțiri din aceste substanțe, fără defecte. În plus, stratul de schelă din celulele perovskite care au o structură mezoporoasă joacă un rol important în contactele dintre perovskit și straturile de transport de sarcină din celulele solare. Nanoparticulele din aceste structuri pot prezenta defecte morfologice și numeroase limite de granulație. Acest lucru duce la o recombinare adversă și gravă a sarcinii, neradiativă. Umplerea porilor este, de asemenea, o problemă. Doparea cu ioni de pământuri rare reglează creșterea schelei și reduce defectele, creând nanostructuri aliniate și uniforme. Prin îmbunătățirea structurii morfologice a perovskitului și a straturilor de transport de sarcină, ionii de pământuri rare pot îmbunătăți performanța generală și stabilitatea celulelor solare perovskite, făcându-le mai potrivite pentru aplicații comerciale la scară largă. Importanța celulelor solare perovskite nu poate fi subestimată. Acestea vor oferi o capacitate superioară de generare a energiei la un cost mult mai mic decât celulele solare pe bază de siliciu de pe piață. Studiul a demonstrat că doparea perovskitului cu ioni de pământuri rare îi îmbunătățește proprietățile, ducând la îmbunătățiri ale eficienței și stabilității. Aceasta înseamnă că celulele solare perovskite cu performanțe îmbunătățite sunt cu un pas mai aproape de a deveni realitate.
Data publicării: 04 iulie 2022 