Коришћење елемената ретких земаља за превазилажење ограничења соларних ћелија
Перовскитне соларне ћелије Перовскитне соларне ћелије имају предности у односу на тренутну технологију соларних ћелија. Имају потенцијал да буду ефикасније, лакше су и јефтиније од других варијанти. У перовскитној соларној ћелији, слој перовскита је смештен између провидне електроде на предњој страни и рефлектујуће електроде на задњој страни ћелије. Слојеви за транспорт електрода и транспорт рупа уметнути су између катодног и анодног интерфејса, што олакшава сакупљање наелектрисања на електродама. Постоје четири класификације перовскитних соларних ћелија засноване на морфолошкој структури и редоследу слојева слоја за пренос наелектрисања: правилне планарне, инвертоване планарне, правилне мезопорозне и инвертоване мезопорозне структуре. Међутим, постоји неколико недостатака ове технологије. Светлост, влага и кисеоник могу изазвати њихову деградацију, њихова апсорпција може бити неусклађена, а такође имају проблема са нерадијативном рекомбинацијом наелектрисања. Перовскити могу бити кородирани течним електролитима, што доводи до проблема са стабилношћу. Да би се остварила њихова практична примена, морају се побољшати њихова ефикасност конверзије енергије и оперативна стабилност. Међутим, недавни напредак у технологији довео је до перовскитних соларних ћелија са ефикасношћу од 25,5%, што значи да нису много иза конвенционалних силицијумских фотонапонских соларних ћелија. У том циљу, реткоземни елементи су истражени за примену у перовскитним соларним ћелијама. Они поседују фотофизичка својства која превазилазе проблеме. Њихова употреба у перовскитним соларним ћелијама ће стога побољшати њихова својства, чинећи их одрживијим за примену у великим размерама за решења за чисту енергију. Како ретки земни елементи помажу перовскитним соларним ћелијама Реткоземни елементи поседују многа предностна својства која се могу искористити за побољшање функције ове нове генерације соларних ћелија. Прво, потенцијали оксидације и редукције у јонима ретких земаља су реверзибилни, смањујући сопствену оксидацију и редукцију циљног материјала. Поред тога, формирање танког филма може се регулисати додавањем ових елемената њиховим спајањем са перовскитима и металним оксидима за транспорт наелектрисања. Штавише, фазна структура и оптоелектронска својства могу се подесити њиховим супституционим уграђивањем у кристалну решетку. Пасивација дефеката може се успешно постићи њиховим уграђивањем у циљни материјал, било интерстицијално на границама зрна или на површини материјала. Штавише, инфрацрвени и ултраљубичасти фотони могу се претворити у видљиву светлост која реагује на перовскит због присуства бројних енергетских прелазних орбита у јонима ретких земаља. Предности овога су двоструке: спречава оштећење перовскита светлошћу високог интензитета и проширује спектрални опсег одзива материјала. Коришћење елемената ретких земаља значајно побољшава стабилност и ефикасност перовскитних соларних ћелија. Модификовање морфологија танких филмова Као што је претходно поменуто, елементи ретких земаља могу да модификују морфологију танких филмова који се састоје од металних оксида. Добро је документовано да морфологија основног слоја за пренос наелектрисања утиче на морфологију перовскитног слоја и његов контакт са слојем за пренос наелектрисања. На пример, допирање јонима ретких земаља спречава агрегацију SnO2 наночестица које могу изазвати структурне дефекте, а такође ублажава формирање великих NiOx кристала, стварајући уједначен и компактан слој кристала. Стога се допирањем ретких земаља могу постићи танкослојни филмови ових супстанци без дефеката. Поред тога, слој скеле у перовскитним ћелијама које имају мезопорозну структуру игра важну улогу у контактима између перовскита и слојева за транспорт наелектрисања у соларним ћелијама. Наночестице у овим структурама могу показивати морфолошке дефекте и бројне границе зрна. Ово доводи до неповољне и озбиљне нерадијативне рекомбинације наелектрисања. Пуњење пора је такође проблем. Допирање јонима ретких земаља регулише раст скела и смањује дефекте, стварајући поравнате и уједначене наноструктуре. Омогућавањем побољшања морфолошке структуре перовскита и слојева за пренос наелектрисања, јони ретких земаља могу побољшати укупне перформансе и стабилност перовскитних соларних ћелија, чинећи их погоднијим за велике комерцијалне примене. Значај перовскитних соларних ћелија не може се потценити. Оне ће обезбедити супериорни капацитет производње енергије по много нижој цени од тренутних соларних ћелија на бази силицијума на тржишту. Студија је показала да допирање перовскита јонима ретких земаља побољшава његова својства, што доводи до побољшања ефикасности и стабилности. То значи да су перовскитне соларне ћелије са побољшаним перформансама корак ближе томе да постану стварност.
Време објаве: 04.07.2022. 