Wykorzystanie pierwiastków ziem rzadkich w celu przezwyciężenia ograniczeń ogniw słonecznych
Ogniwa słoneczne perowskitowe Ogniwa słoneczne perowskitowe mają przewagę nad obecną technologią ogniw słonecznych. Mają potencjał, aby być bardziej wydajne, są lekkie i tańsze niż inne warianty. W ogniwie słonecznym perowskitowym warstwa perowskitu jest umieszczona pomiędzy przezroczystą elektrodą z przodu i odblaskową elektrodą z tyłu ogniwa. Warstwy transportu elektrod i transportu dziur wstawiane są pomiędzy interfejsy katody i anody, co ułatwia gromadzenie ładunku na elektrodach. Istnieją cztery klasyfikacje ogniw fotowoltaicznych z perowskitu na podstawie ich morfologii, struktury i kolejności warstw w warstwie transportującej ładunek: regularna struktura płaska, odwrócona struktura płaska, regularna struktura mezoporowata i odwrócona struktura mezoporowata. Jednak technologia ta ma kilka wad. Światło, wilgoć i tlen mogą powodować ich degradację, ich absorpcja może być niedopasowana, a także mają problemy z nieradiacyjną rekombinacją ładunku. Perowskity mogą korodować pod wpływem ciekłych elektrolitów, co prowadzi do problemów ze stabilnością. Aby zrealizować ich praktyczne zastosowania, należy poprawić ich wydajność konwersji mocy i stabilność operacyjną. Jednak ostatnie postępy w technologii doprowadziły do powstania ogniw słonecznych z perowskitu o wydajności 25,5%, co oznacza, że nie są one daleko w tyle za konwencjonalnymi krzemowymi ogniwami fotowoltaicznymi. W tym celu badano pierwiastki ziem rzadkich pod kątem zastosowań w ogniwach słonecznych z perowskitu. Posiadają one właściwości fotofizyczne, które przezwyciężają problemy. Ich wykorzystanie w ogniwach słonecznych z perowskitu poprawi zatem ich właściwości, czyniąc je bardziej opłacalnymi do wdrożenia na dużą skalę w rozwiązaniach czystej energii. Jak pierwiastki ziem rzadkich wspomagają ogniwa słoneczne z perowskitu Istnieje wiele korzystnych właściwości, które posiadają pierwiastki ziem rzadkich, które mogą być wykorzystane do poprawy funkcji tej nowej generacji ogniw słonecznych. Po pierwsze, potencjały utleniania i redukcji w jonach ziem rzadkich są odwracalne, co zmniejsza utlenianie i redukcję materiału docelowego. Ponadto, tworzenie cienkich warstw można regulować poprzez dodanie tych pierwiastków poprzez sprzężenie ich zarówno z perowskitami, jak i tlenkami metali transportującymi ładunek. Ponadto strukturę fazową i właściwości optoelektroniczne można dostosować, zatapiając je w sieci krystalicznej. Pasywację defektów można skutecznie osiągnąć, zatapiając je w materiale docelowym albo śródmiąższowo na granicach ziaren, albo na powierzchni materiału. Co więcej, fotony podczerwone i ultrafioletowe mogą zostać przekształcone w światło widzialne reagujące na perowskity dzięki obecności licznych energetycznych orbit przejściowych w jonach ziem rzadkich. Zalety tego są dwojakie: zapobiega uszkodzeniu perowskitów przez światło o wysokiej intensywności i rozszerza zakres odpowiedzi widmowej materiału. Wykorzystanie pierwiastków ziem rzadkich znacznie poprawia stabilność i wydajność ogniw słonecznych z perowskitu. Modyfikacja morfologii cienkich warstw Jak wspomniano wcześniej, pierwiastki ziem rzadkich mogą modyfikować morfologię cienkich warstw składających się z tlenków metali. Dobrze udokumentowano, że morfologia leżącej pod spodem warstwy transportującej ładunek wpływa na morfologię warstwy perowskitu i jej kontakt z warstwą transportującą ładunek. Na przykład domieszkowanie jonami ziem rzadkich zapobiega agregacji nanocząstek SnO2, która może powodować defekty strukturalne, a także łagodzi powstawanie dużych kryształów NiOx, tworząc jednolitą i zwartą warstwę kryształów. W ten sposób można uzyskać cienkie warstwy tych substancji bez defektów dzięki domieszkowaniu jonami ziem rzadkich. Ponadto warstwa rusztowania w ogniwach perowskitowych o strukturze mezoporowatej odgrywa ważną rolę w kontaktach między perowskitem a warstwami transportującymi ładunek w ogniwach słonecznych. Nanocząstki w tych strukturach mogą wykazywać defekty morfologiczne i liczne granice ziaren. Prowadzi to do niekorzystnej i poważnej nieradiacyjnej rekombinacji ładunku. Wypełnianie porów jest również problemem. Domieszkowanie jonami ziem rzadkich reguluje wzrost rusztowania i redukuje defekty, tworząc wyrównane i jednolite nanostruktury. Dzięki udoskonaleniu struktury morfologicznej perowskitu i warstw transportujących ładunek jony ziem rzadkich mogą poprawić ogólną wydajność i stabilność ogniw słonecznych z perowskitu, co czyni je bardziej odpowiednimi do zastosowań komercyjnych na dużą skalę. Znaczenia ogniw słonecznych z perowskitu nie można przecenić. Zapewnią one wyższą wydajność wytwarzania energii przy znacznie niższym koszcie niż obecne ogniwa słoneczne na bazie krzemu dostępne na rynku. Badanie wykazało, że domieszkowanie perowskitu jonami ziem rzadkich poprawia jego właściwości, co prowadzi do poprawy wydajności i stabilności. Oznacza to, że ogniwa słoneczne z perowskitu o ulepszonej wydajności są o krok bliżej stania się rzeczywistością.
Czas publikacji: 04-07-2022 