Uso de elementos de terras raras para superar as limitacións das células solares
Células solares de perovskita As células solares de perovskita teñen vantaxes sobre a tecnoloxía actual das células solares. Teñen o potencial de ser máis eficientes, son lixeiras e custan menos que outras variantes. Nunha célula solar de perovskita, a capa de perovskita está intercalada entre un eléctrodo transparente na parte dianteira e un eléctrodo reflectante na parte traseira da célula. As capas de transporte de eléctrodos e de transporte de buratos insírense entre as interfaces do cátodo e do ánodo, o que facilita a recollida de carga nos eléctrodos. Existen catro clasificacións de células solares de perovskita baseadas na estrutura morfolóxica e na secuencia de capas da capa de transporte de carga: estruturas planares regulares, planares invertidas, mesoporosas regulares e mesoporosas invertidas. Non obstante, existen varios inconvenientes coa tecnoloxía. A luz, a humidade e o osíxeno poden inducir a súa degradación, a súa absorción pode ser incompatible e tamén teñen problemas coa recombinación de carga non radiativa. As perovskitas poden corroerse con electrólitos líquidos, o que leva a problemas de estabilidade. Para levar a cabo as súas aplicacións prácticas, débense mellorar a súa eficiencia de conversión de enerxía e a súa estabilidade operativa. Non obstante, os recentes avances tecnolóxicos levaron a células solares de perovskita cunha eficiencia do 25,5 %, o que significa que non están moi lonxe das células solares fotovoltaicas de silicio convencionais. Con este fin, exploráronse elementos de terras raras para aplicacións en células solares de perovskita. Posúen propiedades fotofísicas que superan os problemas. Polo tanto, o seu uso en células solares de perovskita mellorará as súas propiedades, facéndoas máis viables para a implementación a grande escala de solucións de enerxía limpa. Como axudan os elementos de terras raras ás células solares de perovskita Os elementos de terras raras posúen moitas propiedades vantaxosas que se poden empregar para mellorar a función desta nova xeración de células solares. En primeiro lugar, os potenciais de oxidación e redución nos ións de terras raras son reversibles, o que reduce a propia oxidación e redución do material obxectivo. Ademais, a formación de películas finas pódese regular mediante a adición destes elementos, acoplándoos tanto con perovskitas como con óxidos metálicos de transporte de carga. Ademais, a estrutura de fase e as propiedades optoelectrónicas pódense axustar incrustándoas por substitución na rede cristalina. A pasivación de defectos pódese conseguir con éxito incrustándoas no material obxectivo, xa sexa intersticialmente nos límites de gran ou na superficie do material. Ademais, os fotóns infravermellos e ultravioletas poden converterse en luz visible sensible á perovskita debido á presenza de numerosas órbitas de transición enerxética nos ións de terras raras. As vantaxes disto son dobres: evita que as perovskitas sexan danadas pola luz de alta intensidade e amplía o rango de resposta espectral do material. O uso de elementos de terras raras mellora significativamente a estabilidade e a eficiencia das células solares de perovskita. Modificación de morfoloxías de películas finas Como se mencionou anteriormente, os elementos de terras raras poden modificar as morfoloxías das películas delgadas que consisten en óxidos metálicos. Está ben documentado que a morfoloxía da capa de transporte de carga subxacente inflúe na morfoloxía da capa de perovskita e no seu contacto coa capa de transporte de carga. Por exemplo, o dopado con ións de terras raras impide a agregación de nanopartículas de SnO2 que poden causar defectos estruturais, e tamén mitiga a formación de grandes cristais de NiOx, creando unha capa uniforme e compacta de cristais. Así, pódense conseguir películas de capa fina destas substancias sen defectos co dopado con terras raras. Ademais, a capa de armazón nas células de perovskita que teñen unha estrutura mesoporosa xoga un papel importante nos contactos entre a perovskita e as capas de transporte de carga nas células solares. As nanopartículas destas estruturas poden presentar defectos morfolóxicos e numerosos límites de grans. Isto leva a unha recombinación de carga non radiativa adversa e grave. O recheo dos poros tamén é un problema. O dopado con ións de terras raras regula o crecemento da estrutura e reduce os defectos, creando nanoestruturas aliñadas e uniformes. Ao proporcionar melloras na estrutura morfolóxica da perovskita e das capas de transporte de carga, os ións de terras raras poden mellorar o rendemento e a estabilidade xerais das células solares de perovskita, o que as fai máis axeitadas para aplicacións comerciais a grande escala. Non se pode subestimar a importancia das células solares de perovskita. Proporcionarán unha capacidade de xeración de enerxía superior a un custo moito menor que as células solares baseadas en silicio actuais no mercado. O estudo demostrou que o dopado de perovskita con ións de terras raras mellora as súas propiedades, o que leva a melloras na eficiencia e na estabilidade. Isto significa que as células solares de perovskita cun rendemento mellorado están un paso máis preto de converterse en realidade.
Data de publicación: 04-07-2022 