Retųjų žemių elementų naudojimas saulės elementų apribojimams įveikti
Perovskito saulės elementai Perovskito saulės elementai turi pranašumų, palyginti su dabartinėmis saulės elementų technologijomis. Jie gali būti efektyvesni, lengvesni ir pigesni nei kiti variantai. Perovskito saulės elemente perovskito sluoksnis yra tarp skaidraus elektrodo priekyje ir atspindinčio elektrodo gale. Tarp katodo ir anodo sąsajų įterpiami elektrodų ir skylių transportavimo sluoksniai, kurie palengvina krūvio surinkimą elektroduose. Pagal krūvio pernašos sluoksnio morfologinę struktūrą ir sluoksnių seką yra keturios perovskito saulės elementų klasifikacijos: taisyklingos plokštumos, apverstos plokštumos, taisyklingos mezoporinės ir apverstos mezoporinės struktūros. Tačiau ši technologija turi keletą trūkumų. Šviesa, drėgmė ir deguonis gali sukelti jų degradaciją, jų absorbcija gali būti nesuderinta, be to, jie turi problemų dėl nespinduliuojančios krūvio rekombinacijos. Perovskitus gali koroduoti skysti elektrolitai, todėl kyla stabilumo problemų. Norint juos praktiškai pritaikyti, reikia pagerinti jų energijos konversijos efektyvumą ir veikimo stabilumą. Tačiau pastaruoju metu pasiekta technologijų pažanga lėmė, kad perovskitiniai saulės elementai pasiekia 25,5 % efektyvumą, o tai reiškia, kad jie nedaug atsilieka nuo įprastų silicio fotovoltinių saulės elementų. Šiuo tikslu buvo tiriami retųjų žemių elementai, skirti jų pritaikymui perovskito saulės elementuose. Jie pasižymi fotofizikinėmis savybėmis, kurios išsprendžia šias problemas. Todėl jų naudojimas perovskito saulės elementuose pagerins jų savybes, todėl jie bus tinkamesni didelio masto diegimui švarios energijos sprendimams. Kaip retųjų žemių elementai padeda perovskito saulės elementams Retųjų žemių elementai pasižymi daugybe privalumų, kuriuos galima panaudoti šios naujos kartos saulės elementų veikimui pagerinti. Pirma, retųjų žemių jonų oksidacijos ir redukcijos potencialai yra grįžtami, todėl sumažėja pačios tikslinės medžiagos oksidacija ir redukcija. Be to, plonų plėvelių susidarymą galima reguliuoti pridedant šių elementų, sujungiant juos su perovskitais ir krūvį pernešančiais metalų oksidais. Be to, fazinę struktūrą ir optoelektronines savybes galima reguliuoti įterpiant jas į kristalinę gardelę. Defektų pasyvavimas gali būti sėkmingai pasiektas įterpiant jas į tikslinę medžiagą tarpsluoksnyje grūdelių ribose arba medžiagos paviršiuje. Be to, infraraudonųjų ir ultravioletinių spindulių fotonai gali būti paversti perovskito jautria matoma šviesa dėl daugybės energetinių perėjimo orbitų retųjų žemių jonuose. Šio metodo privalumai yra dvejopi: jis apsaugo perovskitus nuo pažeidimų dėl didelio intensyvumo šviesos ir praplečia medžiagos spektrinio atsako diapazoną. Retųjų žemių elementų naudojimas žymiai pagerina perovskito saulės elementų stabilumą ir efektyvumą. Plonų plėvelių morfologijų modifikavimas Kaip minėta anksčiau, retųjų žemių elementai gali modifikuoti plonų plėvelių, sudarytų iš metalų oksidų, morfologiją. Gerai žinoma, kad pagrindinio krūvio pernašos sluoksnio morfologija turi įtakos perovskito sluoksnio morfologijai ir jo sąlyčiui su krūvio pernašos sluoksniu. Pavyzdžiui, legiravimas retųjų žemių jonais apsaugo nuo SnO2 nanodalelių agregacijos, kuri gali sukelti struktūrinius defektus, taip pat sumažina didelių NiOx kristalų susidarymą, sukurdamas vienodą ir kompaktišką kristalų sluoksnį. Taigi, legiruojant retųjų žemių jonus, galima gauti plonas šių medžiagų plėveles be defektų. Be to, perovskito elementų, turinčių mezoporinę struktūrą, karkaso sluoksnis atlieka svarbų vaidmenį perovskito ir krūvio transportavimo sluoksnių sąlyčiuose saulės elementuose. Šių struktūrų nanodalelės gali turėti morfologinius defektus ir daugybę grūdelių ribų. Tai sukelia nepageidaujamą ir rimtą nespinduliuojančią krūvio rekombinaciją. Porų užpildymas taip pat yra problema. Retųjų žemių jonų legiravimas reguliuoja karkaso augimą ir sumažina defektus, sukurdamas išlygintas ir vienodas nanostruktūras. Pagerinus perovskito ir krūvio transportavimo sluoksnių morfologinę struktūrą, retųjų žemių jonai gali pagerinti bendrą perovskito saulės elementų našumą ir stabilumą, todėl jie labiau tinka didelio masto komerciniams taikymams. Perovskito saulės elementų svarbos negalima nuvertinti. Jie užtikrins didesnį energijos gamybos pajėgumą už daug mažesnę kainą nei šiuo metu rinkoje esantys silicio pagrindu pagaminti saulės elementai. Tyrimas parodė, kad perovskito legiravimas retųjų žemių jonais pagerina jo savybes, todėl padidėja efektyvumas ir stabilumas. Tai reiškia, kad patobulinto našumo perovskito saulės elementai yra dar vienas žingsnis realybės link.
Įrašo laikas: 2022 m. liepos 4 d. 