Использование редкоземельных элементов для преодоления ограничений солнечных элементов
Перовскитные солнечные элементы Перовскитные солнечные элементы имеют преимущества по сравнению с существующей технологией солнечных элементов. Они потенциально более эффективны, легки и стоят дешевле других вариантов. В перовскитном солнечном элементе слой перовскита зажат между прозрачным электродом спереди и отражающим электродом сзади элемента. Между интерфейсами катода и анода вставлены слои электродного транспорта и транспорта дырок, что облегчает сбор заряда на электродах. Существует четыре классификации перовскитных солнечных элементов, основанные на морфологической структуре и последовательности слоев в слое переноса заряда: регулярные планарные, инвертированные планарные, регулярные мезопористые и инвертированные мезопористые структуры. Однако у этой технологии есть несколько недостатков. Свет, влага и кислород могут вызывать их деградацию, их поглощение может быть несоответствующим, и у них также есть проблемы с безызлучательной рекомбинацией заряда. Перовскиты могут подвергаться коррозии под воздействием жидких электролитов, что приводит к проблемам со стабильностью. Для реализации их практического применения необходимо улучшить эффективность преобразования энергии и эксплуатационную стабильность. Однако недавние достижения в области технологий привели к созданию перовскитных солнечных элементов с эффективностью 25,5%, что означает, что они не намного отстают от обычных кремниевых фотоэлектрических солнечных элементов. С этой целью были исследованы редкоземельные элементы для применения в перовскитных солнечных элементах. Они обладают фотофизическими свойствами, которые преодолевают проблемы. Поэтому использование их в перовскитных солнечных элементах улучшит их свойства, сделав их более жизнеспособными для крупномасштабного внедрения в решениях чистой энергии. Как редкоземельные элементы помогают перовскитным солнечным элементам Редкоземельные элементы обладают многими полезными свойствами, которые можно использовать для улучшения работы этого нового поколения солнечных элементов. Во-первых, окислительные и восстановительные потенциалы в редкоземельных ионах обратимы, что снижает собственное окисление и восстановление целевого материала. Кроме того, формирование тонкой пленки можно регулировать добавлением этих элементов, связывая их как с перовскитами, так и с оксидами металлов, переносящих заряд. Кроме того, фазовая структура и оптоэлектронные свойства могут быть скорректированы путем замещения их в кристаллической решетке. Пассивация дефектов может быть успешно достигнута путем внедрения их в целевой материал либо в междоузлия на границах зерен, либо на поверхности материала. Более того, инфракрасные и ультрафиолетовые фотоны могут быть преобразованы в видимый свет, реагирующий на перовскит, благодаря наличию многочисленных энергетических переходных орбит в редкоземельных ионах. Преимущества этого двояки: это позволяет избежать повреждения перовскитов высокоинтенсивным светом и расширяет спектральный диапазон чувствительности материала. Использование редкоземельных элементов значительно повышает стабильность и эффективность перовскитных солнечных элементов. Изменение морфологии тонких пленок Как упоминалось ранее, редкоземельные элементы могут изменять морфологию тонких пленок, состоящих из оксидов металлов. Хорошо известно, что морфология нижележащего слоя переноса заряда влияет на морфологию слоя перовскита и его контакт со слоем переноса заряда. Например, легирование редкоземельными ионами предотвращает агрегацию наночастиц SnO2, которая может вызывать структурные дефекты, а также смягчает образование крупных кристаллов NiOx, создавая однородный и компактный слой кристаллов. Таким образом, с помощью легирования редкоземельными ионами можно получить тонкие пленки этих веществ без дефектов. Кроме того, слой каркаса в перовскитных ячейках, имеющих мезопористую структуру, играет важную роль в контактах между перовскитом и слоями переноса заряда в солнечных ячейках. Наночастицы в этих структурах могут иметь морфологические дефекты и многочисленные границы зерен. Это приводит к неблагоприятной и серьезной безызлучательной рекомбинации зарядов. Заполнение пор также является проблемой. Легирование редкоземельными ионами регулирует рост каркаса и уменьшает дефекты, создавая выровненные и однородные наноструктуры. Благодаря улучшению морфологической структуры перовскита и слоев переноса заряда редкоземельные ионы могут повысить общую производительность и стабильность перовскитных солнечных элементов, что делает их более подходящими для крупномасштабного коммерческого применения. Важность перовскитных солнечных элементов нельзя недооценивать. Они обеспечат превосходную мощность генерации энергии за гораздо меньшую стоимость, чем существующие на рынке кремниевые солнечные элементы. Исследование показало, что легирование перовскита редкоземельными ионами улучшает его свойства, что приводит к повышению эффективности и стабильности. Это означает, что перовскитные солнечные элементы с улучшенными характеристиками на один шаг ближе к тому, чтобы стать реальностью.
Время публикации: 04-07-2022 