Korištenje rijetkih zemnih elemenata za prevazilaženje ograničenja solarnih ćelija
Perovskitne solarne ćelije Perovskitne solarne ćelije imaju prednosti u odnosu na trenutnu tehnologiju solarnih ćelija. Imaju potencijal da budu efikasnije, 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 interfejsa, što olakšava sakupljanje naboja na elektrodama. Postoje četiri klasifikacije perovskitnih solarnih ćelija zasnovane na morfološkoj strukturi i redoslijedu slojeva sloja za prijenos naboja: regularne planarne, invertirane planarne, regularne mezoporozne i invertirane mezoporozne strukture. Međutim, postoji nekoliko nedostataka ove tehnologije. Svjetlost, vlaga i kisik mogu izazvati njihovu degradaciju, njihova apsorpcija može biti neusklađena, a također imaju problema s neradijativnom rekombinacijom naboja. Perovskiti mogu biti korodirani tekućim elektrolitima, što dovodi do problema sa stabilnošću. Da bi se ostvarila njihova praktična primjena, potrebno je poboljšati njihovu efikasnost pretvorbe energije i operativnu stabilnost. Međutim, nedavni napredak u tehnologiji doveo je do perovskitnih solarnih ćelija s efikasnošću od 25,5%, što znači da nisu daleko iza konvencionalnih silicijumskih fotonaponskih solarnih ćelija. U tu svrhu, rijetkozemni elementi su istraženi za primjenu u perovskitnim solarnim ćelijama. Oni posjeduju fotofizička svojstva koja prevazilaze probleme. Njihova upotreba u perovskitnim solarnim ćelijama će stoga poboljšati njihova svojstva, čineći ih održivijim 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, smanjujući vlastitu oksidaciju i redukciju ciljanog materijala. Osim toga, formiranje tankog filma može se regulirati dodavanjem ovih elemenata spajanjem s perovskitima i metalnim oksidima za transport naboja. Nadalje, fazna struktura i optoelektronska svojstva mogu se podesiti supstitucijskim ugrađivanjem u kristalnu rešetku. Pasivizacija defekata može se uspješno postići ugrađivanjem u ciljni materijal bilo intersticijski na granicama zrna ili na površini materijala. Štaviše, infracrveni i ultraljubičasti fotoni mogu se pretvoriti u vidljivu svjetlost koja reaguje na perovskit zbog prisustva brojnih energetskih prelaznih orbita u rijetkozemnim ionima. Prednosti ovoga su dvostruke: sprječava oštećenje perovskita svjetlošću visokog intenziteta i proširuje spektralni raspon odziva materijala. Korištenje rijetkih zemnih elemenata značajno poboljšava stabilnost i efikasnost perovskitnih solarnih ćelija. Modifikacija 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 za prijenos naboja utječe na morfologiju perovskitnog sloja i njegov kontakt sa slojem za prijenos 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, tankoslojni filmovi ovih supstanci bez defekata mogu se postići dopiranjem rijetkim zemnim ionima. Osim toga, sloj skele u perovskitnim ćelijama koje imaju mezoporoznu strukturu igra važnu ulogu u kontaktima između perovskita i slojeva za transport naboja u solarnim ćelijama. Nanočestice u ovim strukturama mogu pokazivati morfološke defekte i brojne granice zrna. To dovodi do neželjene i ozbiljne neradijativne rekombinacije naboja. Ispunjavanje pora je također problem. Dopiranje ionima rijetkih zemalja regulira rast skele i smanjuje defekte, stvarajući poravnate i ujednačene nanostrukture. Pružajući poboljšanja morfološke strukture perovskita i slojeva za transport naboja, rijetkozemni ioni mogu poboljšati ukupne performanse i stabilnost perovskitnih solarnih ćelija, čineći ih pogodnijim za velike komercijalne primjene. Važnost perovskitnih solarnih ćelija ne može se podcijeniti. One će pružiti superioran kapacitet proizvodnje energije po mnogo nižoj cijeni od trenutnih solarnih ćelija na bazi silicija koje su trenutno na tržištu. Studija je pokazala da dopiranje perovskita rijetkim zemnim ionima poboljšava njegova svojstva, što dovodi do poboljšanja efikasnosti i stabilnosti. To znači da su perovskitne solarne ćelije s poboljšanim performansama korak bliže tome da postanu stvarnost.
Vrijeme objave: 04.07.2022. 