Využitie prvkov vzácnych zemín na prekonanie obmedzení solárnych článkov
Perovskitové solárne články Perovskitové solárne články majú oproti súčasnej technológii solárnych článkov výhody. Majú potenciál byť efektívnejšie, sú ľahké a lacnejšie ako iné varianty. V perovskitovom solárnom článku je vrstva perovskitu vložená medzi priehľadnú elektródu vpredu a reflexnú elektródu v zadnej časti článku. Medzi rozhraniami katódy a anódy sú vložené vrstvy na transport elektród a transport dier, čo uľahčuje zhromažďovanie náboja na elektródach. Existujú štyri klasifikácie perovskitových solárnych článkov založené na morfologickej štruktúre a poradí vrstiev vrstvy prenosu náboja: pravidelné planárne, invertované planárne, pravidelné mezoporézne a invertované mezoporézne štruktúry. Táto technológia má však niekoľko nevýhod. Svetlo, vlhkosť a kyslík môžu spôsobiť ich degradáciu, ich absorpcia môže byť nesúladná a majú tiež problémy s neradiačnou rekombináciou náboja. Perovskity môžu byť korodované kvapalnými elektrolytmi, čo vedie k problémom so stabilitou. Na realizáciu ich praktického využitia je potrebné zlepšiť ich účinnosť premeny energie a prevádzkovú stabilitu. Nedávny pokrok v technológii však viedol k perovskitovým solárnym článkom s účinnosťou 25,5 %, čo znamená, že veľmi nezaostávajú za konvenčnými kremíkovými fotovoltaickými solárnymi článkami. Na tento účel sa skúmali prvky vzácnych zemín pre využitie v perovskitových solárnych článkoch. Tieto prvky disponujú fotofyzikálnymi vlastnosťami, ktoré tieto problémy prekonávajú. Ich použitie v perovskitových solárnych článkoch preto zlepší ich vlastnosti, čím sa stanú vhodnejšími pre rozsiahle implementácie v oblasti čistej energie. Ako prvky vzácnych zemín pomáhajú perovskitovým solárnym článkom Prvky vzácnych zemín majú mnoho výhodných vlastností, ktoré možno využiť na zlepšenie funkcie tejto novej generácie solárnych článkov. Po prvé, oxidačné a redukčné potenciály v iónoch vzácnych zemín sú reverzibilné, čím sa znižuje vlastná oxidácia a redukcia cieľového materiálu. Okrem toho je možné regulovať tvorbu tenkých vrstiev pridaním týchto prvkov ich spojením s perovskitmi aj oxidmi kovov prenášajúcich náboj. Fázovú štruktúru a optoelektronické vlastnosti je možné upraviť ich substitučným vložením do kryštálovej mriežky. Pasiváciu defektov je možné úspešne dosiahnuť ich vložením do cieľového materiálu buď intersticiálne na hraniciach zŕn, alebo na povrch materiálu. Okrem toho sa infračervené a ultrafialové fotóny môžu premeniť na perovskitom reagujúce viditeľné svetlo vďaka prítomnosti mnohých energetických prechodových dráh v iónoch vzácnych zemín. Výhody sú dvojaké: zabraňuje to poškodeniu perovskitov vysokointenzívnym svetlom a rozširuje spektrálny rozsah odozvy materiálu. Použitie prvkov vzácnych zemín výrazne zlepšuje stabilitu a účinnosť perovskitových solárnych článkov. Modifikácia morfológií tenkých vrstiev Ako už bolo spomenuté, prvky vzácnych zemín môžu modifikovať morfológiu tenkých vrstiev pozostávajúcich z oxidov kovov. Je dobre zdokumentované, že morfológia podkladovej vrstvy prenosu náboja ovplyvňuje morfológiu perovskitovej vrstvy a jej kontakt s vrstvou prenosu náboja. Napríklad dopovanie iónmi vzácnych zemín zabraňuje agregácii nanočastíc SnO2, ktoré môžu spôsobiť štrukturálne defekty, a tiež zmierňuje tvorbu veľkých kryštálov NiOx, čím vytvára rovnomernú a kompaktnú vrstvu kryštálov. Dopovaním iónmi vzácnych zemín je teda možné dosiahnuť tenké vrstvy týchto látok bez defektov. Okrem toho, vrstva lešenia v perovskitových článkoch, ktoré majú mezoporéznu štruktúru, zohráva dôležitú úlohu v kontaktoch medzi perovskitom a vrstvami prenosu náboja v solárnych článkoch. Nanočastice v týchto štruktúrach môžu vykazovať morfologické defekty a početné hranice zŕn. To vedie k nepriaznivej a závažnej neradiačnej rekombinácii náboja. Problémom je aj vypĺňanie pórov. Dopovanie iónmi vzácnych zemín reguluje rast lešenia a redukuje defekty, čím vytvára zarovnané a jednotné nanostruktúry. Zlepšením morfologickej štruktúry perovskitu a vrstiev prenosu náboja môžu ióny vzácnych zemín zlepšiť celkový výkon a stabilitu perovskitových solárnych článkov, čím sa stanú vhodnejšími pre rozsiahle komerčné aplikácie. Význam perovskitových solárnych článkov nemožno podceňovať. Poskytnú vynikajúcu kapacitu výroby energie za oveľa nižšie náklady ako súčasné solárne články na báze kremíka, ktoré sú na trhu. Štúdia preukázala, že dopovanie perovskitu iónmi vzácnych zemín zlepšuje jeho vlastnosti, čo vedie k zlepšeniu účinnosti a stability. To znamená, že perovskitové solárne články so zlepšeným výkonom sú o krok bližšie k tomu, aby sa stali realitou.
Čas uverejnenia: 4. júla 2022 