Korištenje rijetkozemnih elemenata za prevladavanje ograničenja solarnih ćelija
Perovskitne solarne ćelije Perovskitne solarne ćelije imaju prednosti u odnosu na trenutnu tehnologiju solarnih ćelija. Imaju potencijal da budu učinkovitije, lagane su i jeftinije od drugih varijanti. U perovskitnoj solarnoj ćeliji, sloj perovskita je smješten između prozirne elektrode na prednjoj strani i reflektirajuće elektrode na stražnjoj strani ćelije. Slojevi za transport elektroda i transport šupljina umetnuti su između katodnog i anodnog sučelja, što olakšava skupljanje naboja na elektrodama. Postoje četiri klasifikacije perovskitnih solarnih ćelija na temelju morfološke strukture i redoslijeda slojeva sloja za prijenos naboja: regularne planarne, invertirane planarne, regularne mezoporozne i invertirane mezoporozne strukture. Međutim, tehnologija ima nekoliko nedostataka. Svjetlost, vlaga i kisik mogu izazvati njihovu degradaciju, njihova apsorpcija može biti neusklađena, a imaju i problema s neradijativnom rekombinacijom naboja. Perovskite mogu korodirati tekući elektroliti, što dovodi do problema sa stabilnošću. Da bi se ostvarila njihova praktična primjena, potrebno je poboljšati njihovu učinkovitost pretvorbe energije i operativnu stabilnost. Međutim, nedavni napredak u tehnologiji doveo je do perovskitnih solarnih ćelija s učinkovitošću od 25,5%, što znači da ne zaostaju mnogo za konvencionalnim silicijskim fotonaponskim solarnim ćelijama. U tu svrhu istraženi su elementi rijetkih zemalja za primjenu u perovskitnim solarnim ćelijama. Posjeduju fotofizička svojstva koja prevladavaju probleme. Njihova upotreba u perovskitnim solarnim ćelijama stoga će poboljšati njihova svojstva, čineći ih održivijima za primjenu u velikim razmjerima za rješenja čiste energije. Kako rijetki zemni elementi pomažu perovskitnim solarnim ćelijama Rijetkozemni elementi posjeduju mnoga povoljna svojstva koja se mogu iskoristiti za poboljšanje funkcije ove nove generacije solarnih ćelija. Prvo, oksidacijski i redukcijski potencijali u rijetkozemnim ionima su reverzibilni, što smanjuje vlastitu oksidaciju i redukciju ciljanog materijala. Osim toga, stvaranje tankog filma može se regulirati dodavanjem ovih elemenata spajanjem s perovskitima i metalnim oksidima za prijenos naboja. Nadalje, fazna struktura i optoelektronička svojstva mogu se prilagoditi supstitucijskim ugrađivanjem u kristalnu rešetku. Pasivizacija defekata može se uspješno postići ugrađivanjem u ciljni materijal bilo intersticijski na granicama zrna ili na površini materijala. Štoviše, infracrveni i ultraljubičasti fotoni mogu se pretvoriti u vidljivu svjetlost osjetljivu na perovskit zbog prisutnosti brojnih energetskih prijelaznih orbita u rijetkozemnim ionima. Prednosti ovoga su dvostruke: sprječava oštećenje perovskita svjetlom visokog intenziteta i proširuje spektralni raspon odziva materijala. Korištenje rijetkih zemalja značajno poboljšava stabilnost i učinkovitost perovskitnih solarnih ćelija. Modificiranje morfologija tankih filmova Kao što je prethodno spomenuto, rijetkozemni elementi mogu modificirati morfologiju tankih filmova koji se sastoje od metalnih oksida. Dobro je dokumentirano da morfologija temeljnog sloja prijenosa naboja utječe na morfologiju perovskitnog sloja i njegov kontakt sa slojem prijenosa naboja. Na primjer, dopiranje rijetkim zemnim ionima sprječava agregaciju SnO2 nanočestica koje mogu uzrokovati strukturne defekte, a također ublažava stvaranje velikih NiOx kristala, stvarajući ujednačen i kompaktan sloj kristala. Dakle, dopiranjem rijetkim zemnim ionima mogu se postići tanki slojevi filmova ovih tvari bez defekata. Osim toga, sloj skele u perovskitnim ćelijama koje imaju mezoporoznu strukturu igra važnu ulogu u kontaktima između perovskita i slojeva za prijenos naboja u solarnim ćelijama. Nanočestice u tim strukturama mogu pokazivati morfološke defekte i brojne granice zrna. To dovodi do nepovoljne i ozbiljne neradijativne rekombinacije naboja. Ispunjavanje pora također je problem. Dopiranje ionima rijetkih zemalja regulira rast skele i smanjuje defekte, stvarajući poravnate i ujednačene nanostrukture. Poboljšavanjem morfološke strukture perovskita i slojeva za prijenos naboja, rijetkozemni ioni mogu poboljšati ukupne performanse i stabilnost perovskitnih solarnih ćelija, čineći ih prikladnijima za velike komercijalne primjene. Važnost perovskitnih solarnih ćelija ne može se podcijeniti. One će pružiti vrhunski kapacitet proizvodnje energije po puno nižoj cijeni od trenutnih solarnih ćelija na bazi silicija na tržištu. Studija je pokazala da dopiranje perovskita rijetkim zemnim ionima poboljšava njegova svojstva, što dovodi do poboljšanja učinkovitosti i stabilnosti. To znači da su perovskitne solarne ćelije s poboljšanim performansama korak bliže tome da postanu stvarnost.
Vrijeme objave: 04.07.2022. 