Uporaba redkozemeljskih elementov za premagovanje omejitev sončnih celic
Perovskitne sončne celice Perovskitne sončne celice imajo prednosti pred trenutno tehnologijo sončnih celic. Imajo potencial za večjo učinkovitost, so lahke in cenejše od drugih različic. V perovskitni sončni celici je plast perovskita stisnjena med prozorno elektrodo na sprednji strani in odsevno elektrodo na zadnji strani celice. Med vmesnikoma katode in anode sta vstavljeni plasti za transport elektrod in transport lukenj, kar olajša zbiranje naboja na elektrodah. Obstajajo štiri klasifikacije perovskitnih sončnih celic, ki temeljijo na morfološki strukturi in zaporedju plasti prenosa naboja: pravilne planarne, obrnjene planarne, pravilne mezoporozne in obrnjene mezoporozne strukture. Vendar pa ima ta tehnologija več pomanjkljivosti. Svetloba, vlaga in kisik lahko povzročijo njihovo razgradnjo, njihova absorpcija je lahko neusklajena, težave pa imajo tudi z neradiativno rekombinacijo naboja. Perovskite lahko korodirajo tekoči elektroliti, kar vodi do težav s stabilnostjo. Za uresničitev njihove praktične uporabe je treba izboljšati njihovo učinkovitost pretvorbe energije in stabilnost delovanja. Vendar pa je nedavni tehnološki napredek privedel do perovskitnih sončnih celic z 25,5-odstotnim izkoristkom, kar pomeni, da ne zaostajajo veliko za običajnimi silicijevimi fotonapetostnimi sončnimi celicami. V ta namen so bili raziskani redkozemeljski elementi za uporabo v perovskitnih sončnih celicah. Imajo fotofizikalne lastnosti, ki odpravljajo te težave. Njihova uporaba v perovskitnih sončnih celicah bo zato izboljšala njihove lastnosti, zaradi česar bodo bolj primerne za obsežno uporabo za rešitve čiste energije. Kako redki zemeljski elementi pomagajo perovskitnim sončnim celicam Redkozemeljski elementi imajo številne prednosti, ki jih je mogoče uporabiti za izboljšanje delovanja te nove generacije sončnih celic. Prvič, oksidacijski in redukcijski potenciali v redkozemeljskih ionih so reverzibilni, kar zmanjšuje lastno oksidacijo in redukcijo ciljnega materiala. Poleg tega je mogoče nastanek tankih plasti uravnavati z dodajanjem teh elementov tako, da se spojijo s perovskiti in kovinskimi oksidi za prenos naboja. Poleg tega je mogoče fazno strukturo in optoelektronske lastnosti prilagoditi z nadomestnim vgrajevanjem v kristalno mrežo. Pasivizacijo defektov je mogoče uspešno doseči z vgrajevanjem v ciljni material bodisi intersticijsko na mejah zrn bodisi na površini materiala. Poleg tega se lahko infrardeči in ultravijolični fotoni pretvorijo v perovskitno odzivno vidno svetlobo zaradi prisotnosti številnih energijskih prehodnih orbit v redkozemeljskih ionih. Prednosti tega so dvojne: preprečuje poškodbe perovskitov zaradi visokointenzivne svetlobe in razširja spektralni odzivni razpon materiala. Uporaba redkih zemeljskih elementov znatno izboljša stabilnost in učinkovitost perovskitnih sončnih celic. Spreminjanje morfologij tankih filmov Kot smo že omenili, lahko redkozemeljski elementi spremenijo morfologijo tankih filmov, ki so sestavljeni iz kovinskih oksidov. Dobro je dokumentirano, da morfologija spodnje plasti za prenos naboja vpliva na morfologijo perovskitne plasti in njen stik s plastjo za prenos naboja. Na primer, dopiranje z ioni redkih zemelj preprečuje agregacijo nanodelcev SnO2, ki lahko povzroči strukturne napake, in blaži nastanek velikih kristalov NiOx, kar ustvarja enakomerno in kompaktno plast kristalov. Tako je mogoče z dopiranjem z redkimi zemeljami doseči tanke plasti teh snovi brez napak. Poleg tega ima plast odra v perovskitnih celicah z mezoporozno strukturo pomembno vlogo pri stikih med perovskitom in plastmi za prenos naboja v sončnih celicah. Nanodelci v teh strukturah lahko kažejo morfološke napake in številne meje zrn. To vodi do neželene in resne neradiacijske rekombinacije naboja. Problem je tudi polnjenje por. Dopiranje z ioni redkih zemelj uravnava rast ogrodja in zmanjšuje napake, kar ustvarja poravnane in enakomerne nanostrukture. Z izboljšavami morfološke strukture perovskita in plasti za prenos naboja lahko ioni redkih zemelj izboljšajo splošno delovanje in stabilnost perovskitnih sončnih celic, zaradi česar so primernejše za obsežne komercialne aplikacije. Pomena perovskitnih sončnih celic ni mogoče podcenjevati. Zagotavljale bodo vrhunsko zmogljivost proizvodnje energije po precej nižji ceni kot trenutne sončne celice na osnovi silicija, ki so na trgu. Študija je pokazala, da dopiranje perovskita z ioni redkih zemelj izboljša njegove lastnosti, kar vodi do izboljšanja učinkovitosti in stabilnosti. To pomeni, da so perovskitne sončne celice z izboljšano zmogljivostjo korak bližje temu, da postanejo resničnost.
Čas objave: 4. julij 2022 