Het gebruik van zeldzame aardse elementen om beperkingen van zonnecellen te overwinnen
Perovskiet zonnecellen hebben voordelen ten opzichte van de huidige zonneceltechnologie. Ze hebben het potentieel om efficiënter te zijn, zijn lichtgewicht en kosten minder dan andere varianten. In een perovskiet zonnecel wordt de laag perovskiet ingeklemd tussen een transparante elektrode aan de voorkant en een reflecterende elektrode aan de achterkant van de cel. Elektrode transport en gattransportlagen worden ingebracht tussen kathode- en anode -interfaces, die ladingverzameling bij de elektroden vergemakkelijkt. Er zijn vier classificaties van perovskiet zonnecellen op basis van de morfologiestructuur en de laagsequentie van de ladingstransportlaag: reguliere vlakke, omgekeerde vlakke, reguliere mesoporeuze en omgekeerde mesoporeuze structuren. Er bestaan echter verschillende nadelen met de technologie. Licht, vocht en zuurstof kunnen hun afbraak veroorzaken, hun absorptie kan niet worden aangekomen en ze hebben ook problemen met niet-stralende ladingrecombinatie. Perovskieten kunnen worden gecorrodeerd door vloeibare elektrolyten, wat leidt tot stabiliteitsproblemen. Om hun praktische toepassingen te realiseren, moeten verbeteringen worden aangebracht in hun efficiëntie van stroomconversie en operationele stabiliteit. Recente technologische ontwikkelingen hebben echter geleid tot perovskiet zonnecellen met een efficiëntie van 25,5%, wat betekent dat ze niet ver achter zijn achter conventionele fotovoltaïsche zonnecellen van silicium. Daartoe zijn elementen met zeldzame aarde onderzocht voor toepassingen in zonnecellen van perovskiet. Ze bezitten fotofysische eigenschappen die de problemen overwinnen. Het gebruik ervan in perovskiet zonnecellen zal daarom hun eigenschappen verbeteren, waardoor ze levensvatbaarder zijn voor grootschalige implementatie voor oplossingen voor schone energie. Hoe zeldzame aardelementen Perovskite zonnecellen helpen Er zijn veel voordelige eigenschappen die zeldzame aardelementen bezitten die kunnen worden gebruikt om de functie van deze nieuwe generatie zonnecellen te verbeteren. Ten eerste zijn oxidatie- en reductiepotentialen bij zeldzame aarde-ionen omkeerbaar, waardoor de eigen oxidatie en reductie van het doelmateriaal worden verminderd. Bovendien kan de dunne-filmvorming worden gereguleerd door de toevoeging van deze elementen door ze te koppelen aan zowel perovskieten als laadtransportmetaaloxiden. Bovendien kunnen fasestructuur en opto -elektronische eigenschappen worden aangepast door ze te vervangen in het kristalrooster. Passivering van het defect kan met succes worden bereikt door ze in te bedden in het doelmateriaal, hetzij interstitieel aan de korrelgrenzen of op het oppervlak van het materiaal. Bovendien kunnen infrarood- en ultraviolette fotonen worden omgezet in perovskiet-responsief zichtbaar licht vanwege de aanwezigheid van talloze energetische overgangsbanen in de zeldzame aarde-ionen. De voordelen hiervan zijn tweeledig: het voorkomt dat de perovskieten beschadigd raken door lichte intensiteitslicht en het spectrale responsbereik van het materiaal uitbreidt. Het gebruik van zeldzame aardelementen verbetert de stabiliteit en efficiëntie van perovskiet zonnecellen aanzienlijk. Morfologieën van dunne films wijzigen Zoals eerder vermeld, kunnen zeldzame aardelementen de morfologieën van dunne films bestaande bestaande uit metaaloxiden wijzigen. Het is goed gedocumenteerd dat de morfologie van de onderliggende ladingstransportlaag de morfologie van de perovskietlaag en het contact met de laadtransportlaag beïnvloedt. Doping met zeldzame-aarde-ionen voorkomt bijvoorbeeld aggregatie van SNO2-nanodeeltjes die structurele defecten kunnen veroorzaken, en vermindert ook de vorming van grote NIOX-kristallen, waardoor een uniforme en compacte laag kristallen ontstaat. Aldus kunnen dunne laagfilms van deze stoffen zonder defecten worden bereikt met doping met zeldzame aarde. Bovendien speelt de steigerlaag in perovskietcellen met een mesoporeuze structuur een belangrijke rol in de contacten tussen de perovskiet- en ladingstransportlagen in de zonnecellen. De nanodeeltjes in deze structuren kunnen morfologische defecten en talloze korrelgrenzen vertonen. Dit leidt tot nadelige en ernstige niet-stralingsrecombinatie. Porievulling is ook een probleem. Doping met zeldzame-aarde-ionen reguleert de groei van de steiger en vermindert defecten, waardoor uitgelijnde en uniforme nanostructuren ontstaan. Door verbeteringen te bieden voor de morfologische structuur van perovskiet- en ladingstransportlagen, kunnen zeldzame aardionen de algehele prestaties en stabiliteit van perovskiet zonnecellen verbeteren, waardoor ze geschikter zijn voor grootschalige commerciële toepassingen. Het belang van perovskiet zonnecellen kan niet worden onderschat. Ze zullen superieure capaciteit voor het genereren van energie bieden voor veel lagere kosten dan huidige op siliconen gebaseerde zonnecellen op de markt. De studie heeft aangetoond dat doping perovskiet met zeldzame aarde-ionen zijn eigenschappen verbetert, wat leidt tot verbeteringen in efficiëntie en stabiliteit. Dit betekent dat perovskiet zonnecellen met verbeterde prestaties een stap dichter bij het realiseren van een realiteit komen.
Posttijd: JUL-04-2022 