Retzemju elementu izmantošana, lai pārvarētu saules bateriju ierobežojumus
Perovskīta saules baterijas Perovskīta saules baterijām ir priekšrocības salīdzinājumā ar pašreizējo saules bateriju tehnoloģiju. Tām ir potenciāls būt efektīvākām, tās ir vieglas un maksā mazāk nekā citas iespējas. Perovskīta saules baterijā perovskīta slānis ir ievietots starp caurspīdīgu elektrodu baterijas priekšpusē un atstarojošu elektrodu baterijas aizmugurē. Elektrodu transportēšanas un caurumu transportēšanas slāņi ir ievietoti starp katoda un anoda saskarnēm, kas atvieglo lādiņa savākšanu elektrodos. Pamatojoties uz lādiņa transporta slāņa morfoloģisko struktūru un slāņu secību, perovskīta saules baterijas tiek iedalītas četrās klasifikācijās: regulāras plaknes, apgrieztas plaknes, regulāras mezoporainas un apgrieztas mezoporainas struktūras. Tomēr šai tehnoloģijai pastāv vairāki trūkumi. Gaisma, mitrums un skābeklis var izraisīt to degradāciju, to absorbcija var būt nesaskaņota, un tiem ir arī problēmas ar neradiatīvu lādiņa rekombināciju. Perovskītus var korozēt šķidrie elektrolīti, radot stabilitātes problēmas. Lai realizētu to praktisko pielietojumu, ir jāuzlabo to jaudas pārveidošanas efektivitāte un darbības stabilitāte. Tomēr jaunākie tehnoloģiju sasniegumi ir noveduši pie perovskīta saules baterijām ar 25,5% efektivitāti, kas nozīmē, ka tās neatpaliek no tradicionālajām silīcija fotoelektriskajām saules baterijām. Šajā nolūkā ir pētīti retzemju elementi pielietojumam perovskīta saules baterijās. Tiem piemīt fotofizikālas īpašības, kas pārvar šīs problēmas. To izmantošana perovskīta saules baterijās tādējādi uzlabos to īpašības, padarot tās piemērotākas plaša mēroga ieviešanai tīras enerģijas risinājumos. Kā retzemju elementi palīdz perovskītu saules baterijām Retzemju elementiem piemīt daudzas priekšrocības, ko var izmantot, lai uzlabotu šīs jaunās paaudzes saules bateriju darbību. Pirmkārt, retzemju jonu oksidēšanās un reducēšanās potenciāli ir atgriezeniski, samazinot mērķa materiāla paša oksidēšanos un reducēšanos. Turklāt plānās plēves veidošanos var regulēt, pievienojot šos elementus, savienojot tos gan ar perovskītiem, gan lādiņu transportēšanas metālu oksīdiem. Turklāt fāžu struktūru un optoelektroniskās īpašības var regulēt, aizvietojoši iestrādājot tās kristāla režģī. Defektu pasivāciju var veiksmīgi panākt, iestrādājot tās mērķa materiālā vai nu intersticiāli pie graudu robežām, vai uz materiāla virsmas. Turklāt infrasarkanos un ultravioletos fotonus var pārveidot par perovskītu reaģējošu redzamu gaismu, pateicoties daudzajām enerģētiskajām pārejas orbītām retzemju jonos. Tam ir divējādas priekšrocības: tas novērš perovskītu bojājumus augstas intensitātes gaismas ietekmē un paplašina materiāla spektrālās atbildes diapazonu. Retzemju elementu izmantošana ievērojami uzlabo perovskītu saules bateriju stabilitāti un efektivitāti. Plāno plēvju morfoloģiju modificēšana Kā jau minēts iepriekš, retzemju elementi var mainīt plāno plēvju, kas sastāv no metālu oksīdiem, morfoloģiju. Ir labi dokumentēts, ka pamatā esošā lādiņa transportēšanas slāņa morfoloģija ietekmē perovskīta slāņa morfoloģiju un tā saskari ar lādiņa transportēšanas slāni. Piemēram, leģēšana ar retzemju joniem novērš SnO2 nanodaļiņu agregāciju, kas var izraisīt strukturālus defektus, kā arī mazina lielu NiOx kristālu veidošanos, radot vienmērīgu un kompaktu kristālu slāni. Tādējādi ar retzemju jonu leģēšanu var panākt šo vielu plānas plēves bez defektiem. Turklāt perovskīta šūnu karkasa slānim, kurām ir mezoporaina struktūra, ir svarīga loma perovskīta un lādiņa transporta slāņu kontaktos saules baterijās. Šo struktūru nanodaļiņām var būt morfoloģiski defekti un daudzas graudu robežas. Tas noved pie nelabvēlīgas un nopietnas neradiatīvas lādiņa rekombinācijas. Problēma ir arī poru aizpildīšana. Retzemju jonu dopings regulē karkasa augšanu un samazina defektus, radot izlīdzinātas un vienmērīgas nanostruktūras. Uzlabojot perovskīta un lādiņu transportēšanas slāņu morfoloģisko struktūru, retzemju joni var uzlabot perovskīta saules bateriju vispārējo veiktspēju un stabilitāti, padarot tās piemērotākas liela mēroga komerciāliem lietojumiem. Perovskīta saules bateriju nozīmi nevar novērtēt par zemu. Tās nodrošinās labāku enerģijas ražošanas jaudu par daudz zemākām izmaksām nekā pašreizējās tirgū pieejamās silīcija saules baterijas. Pētījums ir pierādījis, ka perovskīta dopēšana ar retzemju joniem uzlabo tā īpašības, tādējādi uzlabojot efektivitāti un stabilitāti. Tas nozīmē, ka perovskīta saules baterijas ar uzlabotu veiktspēju ir soli tuvāk realitātei.
Publicēšanas laiks: 2022. gada 4. jūlijs 