Използване на редкоземни елементи за преодоляване на ограниченията на слънчевите клетки
Перовскитни слънчеви клетки Перовскитните слънчеви клетки имат предимства пред настоящите технологии за слънчеви клетки. Те имат потенциал да бъдат по-ефективни, леки са и струват по-малко от други варианти. В перовскитната слънчева клетка слоят от перовскит е разположен между прозрачен електрод отпред и отразяващ електрод отзад на клетката. Слоевете за електроден транспорт и транспорт на дупки са поставени между интерфейсите на катода и анода, което улеснява събирането на заряд върху електродите. Съществуват четири класификации на перовскитните слънчеви клетки, базирани на морфологичната структура и последователността на слоевете на слоя за пренос на заряд: правилни планарни, обърнати планарни, правилни мезопорести и обърнати мезопорести структури. Въпреки това, технологията има няколко недостатъка. Светлината, влагата и кислородът могат да предизвикат тяхното разграждане, абсорбцията им може да бъде несъответстваща и те също така имат проблеми с нерадиационната рекомбинация на заряда. Перовскитите могат да бъдат корозирани от течни електролити, което води до проблеми със стабилността. За да се реализират практическите им приложения, трябва да се направят подобрения в ефективността им на преобразуване на енергия и оперативната стабилност. Въпреки това, последните постижения в технологиите доведоха до перовскитни слънчеви клетки с ефективност от 25,5%, което означава, че те не са далеч зад конвенционалните силициеви фотоволтаични слънчеви клетки. За тази цел са изследвани редкоземни елементи за приложения в перовскитни слънчеви клетки. Те притежават фотофизични свойства, които преодоляват проблемите. Използването им в перовскитни слънчеви клетки следователно ще подобри техните свойства, което ще ги направи по-подходящи за мащабно внедряване на решения за чиста енергия. Как редкоземните елементи помагат на перовскитните слънчеви клетки Редкоземните елементи притежават много предимства, които могат да бъдат използвани за подобряване на функцията на това ново поколение слънчеви клетки. Първо, окислителните и редукционните потенциали в редкоземните йони са обратими, което намалява собственото окисление и редукция на целевия материал. Освен това, образуването на тънък филм може да се регулира чрез добавянето на тези елементи чрез свързването им както с перовскити, така и с метални оксиди за пренос на заряд. Освен това, фазовата структура и оптоелектронните свойства могат да бъдат регулирани чрез заместващото им вграждане в кристалната решетка. Пасивацията на дефектите може да бъде успешно постигната чрез вграждането им в целевия материал или интерстициално по границите на зърната, или на повърхността на материала. Освен това, инфрачервените и ултравиолетовите фотони могат да бъдат преобразувани във видима светлина, реагираща на перовскит, поради наличието на множество енергийни преходни орбити в редкоземните йони. Предимствата на това са двойни: предотвратява се увреждането на перовскитите от високоинтензивна светлина и се разширява спектралният диапазон на отговор на материала. Използването на редкоземни елементи значително подобрява стабилността и ефективността на перовскитните слънчеви клетки. Модифициране на морфологиите на тънки филми Както бе споменато по-рано, редкоземните елементи могат да променят морфологията на тънки филми, състоящи се от метални оксиди. Добре документирано е, че морфологията на подлежащия слой за пренос на заряд влияе върху морфологията на перовскитния слой и неговия контакт със слоя за пренос на заряд. Например, легирането с редкоземни йони предотвратява агрегацията на наночастици SnO2, която може да причини структурни дефекти, а също така смекчава образуването на големи кристали NiOx, създавайки равномерен и компактен слой от кристали. По този начин, чрез легиране с редкоземни елементи, могат да се постигнат тънкослойни филми от тези вещества без дефекти. Освен това, скелетният слой в перовскитните клетки, които имат мезопореста структура, играе важна роля в контактите между перовскита и слоевете за пренос на заряд в слънчевите клетки. Наночастиците в тези структури могат да показват морфологични дефекти и множество граници на зърната. Това води до неблагоприятна и сериозна нерадиационна рекомбинация на заряда. Запълването на порите също е проблем. Допирането с редкоземни йони регулира растежа на скелета и намалява дефектите, създавайки подравнени и еднородни наноструктури. Чрез осигуряване на подобрения в морфологичната структура на перовскита и слоевете за пренос на заряд, редкоземните йони могат да подобрят цялостната производителност и стабилност на перовскитните слънчеви клетки, което ги прави по-подходящи за мащабни търговски приложения. Значението на перовскитните слънчеви клетки не може да бъде подценявано. Те ще осигурят превъзходен капацитет за производство на енергия на много по-ниска цена от настоящите силициеви слънчеви клетки на пазара. Проучването показа, че легирането на перовскита с редкоземни йони подобрява неговите свойства, което води до подобрения в ефективността и стабилността. Това означава, че перовскитните слънчеви клетки с подобрена производителност са с една крачка по-близо до това да станат реалност.
Време на публикуване: 04 юли 2022 г. 