Використання рідкоземельних елементів для подолання обмежень сонячних батарей
Перовскітні сонячні елементи Перовскітні сонячні елементи мають переваги порівняно з сучасними технологіями сонячних елементів. Вони мають потенціал для підвищення ефективності, легкі та коштують менше, ніж інші варіанти. У перовскітному сонячному елементі шар перовскіту розташований між прозорим електродом спереду та відбивним електродом ззаду елемента. Між інтерфейсами катода та анода вставлені шари електродного транспорту та діркового транспорту, що сприяє збору заряду на електродах. Існує чотири класифікації перовскітних сонячних елементів на основі морфологічної структури та послідовності шарів шару переносу заряду: регулярні планарні, інвертовані планарні, регулярні мезопористі та інвертована мезопориста структура. Однак ця технологія має кілька недоліків. Світло, волога та кисень можуть спричинити їхню деградацію, їх поглинання може бути невідповідним, а також вони мають проблеми з невипромінювальною рекомбінацією зарядів. Перовскіти можуть кородувати під впливом рідких електролітів, що призводить до проблем зі стабільністю. Для реалізації їхнього практичного застосування необхідно покращити ефективність перетворення енергії та стабільність роботи. Однак останні досягнення в галузі технологій призвели до появи перовскітних сонячних елементів з ефективністю 25,5%, що означає, що вони не сильно відстають від звичайних кремнієвих фотоелектричних сонячних елементів. З цією метою досліджувалися рідкісноземельні елементи для застосування в перовскітних сонячних елементах. Вони володіють фотофізичними властивостями, що дозволяють подолати ці проблеми. Тому їх використання в перовскітних сонячних елементах покращить їхні властивості, що зробить їх більш придатними для широкомасштабного впровадження в чисту енергетику. Як рідкоземельні елементи допомагають перовскітним сонячним елементам Рідкоземельні елементи мають багато переваг, які можна використовувати для покращення функціонування сонячних елементів нового покоління. По-перше, потенціали окислення та відновлення в іонах рідкісноземельних елементів є оборотними, що зменшує власне окислення та відновлення матеріалу мішені. Крім того, формування тонкої плівки можна регулювати додаванням цих елементів шляхом їх зв'язування як з перовскітами, так і з оксидами металів, що переносять заряд. Крім того, фазову структуру та оптоелектронні властивості можна регулювати шляхом замісного вбудовування їх у кристалічну решітку. Пасивацію дефектів можна успішно досягти шляхом вбудовування їх у матеріал мішені або міжзеренно, або на межі зерен, або на поверхню матеріалу. Більше того, інфрачервоні та ультрафіолетові фотони можуть бути перетворені на видиме світло, чутливе до перовскіту, завдяки наявності численних енергетичних перехідних орбіт у рідкісноземельних іонах. Переваги цього подвійні: це запобігає пошкодженню перовскітів світлом високої інтенсивності та розширює спектральний діапазон відгуку матеріалу. Використання рідкоземельних елементів значно покращує стабільність та ефективність перовскітних сонячних елементів. Модифікація морфології тонких плівок Як згадувалося раніше, рідкоземельні елементи можуть змінювати морфологію тонких плівок, що складаються з оксидів металів. Добре задокументовано, що морфологія нижнього шару переносу заряду впливає на морфологію перовскітного шару та його контакт із шаром переносу заряду. Наприклад, легування іонами рідкісноземельних елементів запобігає агрегації наночастинок SnO2, яка може спричиняти структурні дефекти, а також пом'якшує утворення великих кристалів NiOx, створюючи однорідний і компактний шар кристалів. Таким чином, за допомогою легування рідкісноземельними елементами можна досягти отримання тонкошарових плівок цих речовин без дефектів. Крім того, каркасний шар у перовскітних комірках, що мають мезопористу структуру, відіграє важливу роль у контактах між перовскітом та шарами переносу заряду в сонячних елементах. Наночастинки в цих структурах можуть мати морфологічні дефекти та численні межі зерен. Це призводить до несприятливої та серйозної невипромінювальної рекомбінації зарядів. Заповнення пор також є проблемою. Легування іонами рідкісноземельних елементів регулює ріст каркасу та зменшує дефекти, створюючи вирівняні та однорідні наноструктури. Забезпечуючи покращення морфологічної структури перовскіту та шарів переносу заряду, іони рідкісноземельних елементів можуть покращити загальну продуктивність та стабільність перовскітних сонячних елементів, роблячи їх більш придатними для великомасштабного комерційного застосування. Важливість перовскітних сонячних елементів неможливо недооцінити. Вони забезпечать чудову потужність виробництва енергії за значно нижчою ціною, ніж існуючі на ринку кремнієві сонячні елементи. Дослідження показало, що легування перовскіту іонами рідкісноземельних елементів покращує його властивості, що призводить до підвищення ефективності та стабільності. Це означає, що перовскітні сонячні елементи з покращеними характеристиками на крок ближче до реальності.
Час публікації: 04 липня 2022 р. 