Empregando elementos de terra rara para superar as limitacións das células solares
Células solares de perovskita As células solares de perovskita teñen vantaxes sobre a tecnoloxía de células solares actuais. Eles teñen o potencial de ser máis eficientes, son lixeiros e custan menos que outras variantes. Nunha célula solar de perovskita, a capa de perovskita está entre un electrodo transparente na parte dianteira e un electrodo reflectante na parte traseira da célula. As capas de transporte de electrodos e o transporte de buratos insírese entre as interfaces de cátodo e ánodo, o que facilita a recollida de cargas nos electrodos. Hai catro clasificacións de células solares de perovskita baseadas na estrutura de morfoloxía e na secuencia de capas da capa de transporte de carga: estruturas planas regulares, planas invertidas, mesoporosas regulares e invertidas. Non obstante, existen varios inconvenientes coa tecnoloxía. A luz, a humidade e o osíxeno poden inducir a súa degradación, a súa absorción pódese non ser incapacitada e tamén teñen problemas coa recombinación de carga non radiativa. Os perovskites poden ser corroídos por electrólitos líquidos, dando lugar a problemas de estabilidade. Para realizar as súas aplicacións prácticas, deben realizarse melloras na súa eficiencia de conversión de poder e estabilidade operativa. Non obstante, os recentes avances na tecnoloxía levaron a células solares de perovskita cunha eficiencia do 25,5%, o que significa que non están moi por detrás das células solares fotovoltaicas convencionais de silicio. Para este fin, exploráronse elementos de terra rara para aplicacións en células solares de perovskita. Posúen propiedades fotofísicas que superan os problemas. Usalas en células solares de perovskite mellorará as súas propiedades, tornándoas máis viables para a implementación a gran escala para solucións de enerxía limpa. Como os elementos de terra raros axudan ás células solares de perovskita Hai moitas propiedades vantaxosas que posúen elementos de terra rara que se poden usar para mellorar a función desta nova xeración de células solares. En primeiro lugar, os potenciais de oxidación e redución en ións de terras raras son reversibles, reducindo a propia oxidación e redución do material obxectivo. Ademais, a formación de películas finas pódese regular coa adición destes elementos acoplándoos tanto con perovskites como con óxidos metálicos de transporte de carga. Ademais, a estrutura de fase e as propiedades optoelectrónicas pódense axustar incrustando substitucionalmente no enreixado de cristal. A pasivación de defectos pódese conseguir con éxito incrustándoas no material obxectivo, xa sexa intersticialmente nos límites do gran ou na superficie do material. Ademais, os fotóns de infravermello e ultravioleta pódense converter en luz visible sensible sensible ao perovskita debido á presenza de numerosas órbitas de transición enerxética nos ións raros. As vantaxes disto son dobre: evita que os perovskites se danen pola luz de alta intensidade e estende o rango de resposta espectral do material. O uso de elementos de terra rara mellora significativamente a estabilidade e a eficiencia das células solares de perovskita. Modificación de morfoloxías de películas finas Como se mencionou anteriormente, os elementos da Terra rara poden modificar as morfoloxías de películas finas consistentes en óxidos metálicos. Está ben documentado que a morfoloxía da capa de transporte de carga subxacente inflúe na morfoloxía da capa de perovskita e o seu contacto coa capa de transporte de carga. Por exemplo, a dopaxe con ións de terra rara impide a agregación de nanopartículas SNO2 que pode causar defectos estruturais e tamén mitiga a formación de grandes cristais NIOX, creando unha capa uniforme e compacta de cristais. Así, pódense conseguir películas de capa fina destas substancias sen defectos con dopaxe de terras raras. Ademais, a capa de andamios en células de perovskita que teñen unha estrutura mesoporosa xoga un papel importante nos contactos entre o perovskita e as capas de transporte de carga nas células solares. As nanopartículas destas estruturas poden amosar defectos morfolóxicos e numerosos límites de gran. Isto leva a unha recombinación de carga adversa e grave non radiativa. O recheo de poros tamén é un problema. A dopaxe con ións de terras raras regula o crecemento do andamio e reduce defectos, creando nanoestruturas aliñadas e uniformes. Ao proporcionar melloras para a estrutura morfolóxica das capas de transporte de perovskita e de carga, os ións de terra rara poden mellorar o rendemento global e a estabilidade das células solares de perovskita, tornándoas máis adecuadas para aplicacións comerciais a gran escala. Non se pode subestimar a importancia das células solares de perovskita. Ofrecerán unha capacidade de xeración de enerxía superior por un custo moito menor que as células solares actuais baseadas en silicio no mercado. O estudo demostrou que a perovskita de dopaxe con ións de terra rara mellora as súas propiedades, o que conduce a melloras na eficiencia e estabilidade. Isto significa que as células solares de perovskita cun mellor rendemento son un paso máis preto para converterse en realidade.
Tempo de publicación: xul-04-2022 