Využití prvků vzácných zemin k překonání omezení solárních článků
Perovskitové solární články Perovskitové solární články mají oproti současné technologii solárních článků výhody. Mají potenciál být efektivnější, jsou lehké a levnější než jiné varianty. V perovskitovém solárním článku je vrstva perovskitu vložena mezi průhlednou elektrodu vpředu a reflexní elektrodu vzadu. Mezi rozhraní katody a anody jsou vloženy vrstvy pro transport elektrod a transport děr, což usnadňuje sběr náboje na elektrodách. Existují čtyři klasifikace perovskitových solárních článků založené na morfologické struktuře a sledu vrstev vrstvy přenosu náboje: pravidelné planární, invertované planární, pravidelné mezoporézní a invertované mezoporézní struktury. Tato technologie má však několik nevýhod. Světlo, vlhkost a kyslík mohou vyvolat jejich degradaci, jejich absorpce může být nesourodá a také mají problémy s neradiační rekombinací náboje. Perovskity mohou být korodovány kapalnými elektrolyty, což vede k problémům se stabilitou. Pro realizaci jejich praktických aplikací je nutné zlepšit jejich účinnost přeměny energie a provozní stabilitu. Nedávný technologický pokrok však vedl k perovskitovým solárním článkům s účinností 25,5 %, což znamená, že se příliš nezaostávají za konvenčními křemíkovými fotovoltaickými solárními články. Za tímto účelem byly zkoumány prvky vzácných zemin pro použití v perovskitových solárních článcích. Tyto prvky disponují fotofyzikálními vlastnostmi, které tyto problémy překonávají. Jejich použití v perovskitových solárních článcích proto zlepší jejich vlastnosti, což je učiní vhodnějšími pro rozsáhlou implementaci v oblasti čistých energetických řešení. Jak prvky vzácných zemin pomáhají perovskitovým solárním článkům Prvky vzácných zemin mají mnoho výhodných vlastností, které lze využít ke zlepšení funkce této nové generace solárních článků. Za prvé, oxidační a redukční potenciály v iontech vzácných zemin jsou reverzibilní, což snižuje vlastní oxidaci a redukci cílového materiálu. Tvorbu tenkých vrstev lze navíc regulovat přidáním těchto prvků jejich vazbou s perovskity a oxidy kovů pro přenos náboje. Fázovou strukturu a optoelektronické vlastnosti lze dále upravit jejich substitučním vložením do krystalové mřížky. Pasivace defektů lze úspěšně dosáhnout jejich vložením do cílového materiálu buď intersticiálně na hranicích zrn, nebo na povrch materiálu. Infračervené a ultrafialové fotony lze navíc přeměnit na perovskitem reagující viditelné světlo díky přítomnosti četných energetických přechodových drah v iontech vzácných zemin. Výhody jsou dvojí: zabraňuje poškození perovskitů vysoce intenzivním světlem a rozšiřuje spektrální rozsah odezvy materiálu. Použití prvků vzácných zemin výrazně zlepšuje stabilitu a účinnost perovskitových solárních článků. Modifikace morfologií tenkých vrstev Jak již bylo zmíněno, prvky vzácných zemin mohou modifikovat morfologii tenkých vrstev sestávajících z oxidů kovů. Je dobře zdokumentováno, že morfologie podkladové vrstvy pro přenos náboje ovlivňuje morfologii perovskitové vrstvy a její kontakt s vrstvou pro přenos náboje. Například dopování ionty vzácných zemin zabraňuje agregaci nanočástic SnO2, které mohou způsobovat strukturální defekty, a také zmírňuje tvorbu velkých krystalů NiOx, čímž vytváří rovnoměrnou a kompaktní vrstvu krystalů. Dopováním ionty vzácných zemin lze tedy dosáhnout tenkých vrstev těchto látek bez defektů. Kromě toho hraje vrstva lešení v perovskitových článcích, které mají mezoporézní strukturu, důležitou roli v kontaktech mezi perovskitem a vrstvami transportu náboje v solárních článcích. Nanočástice v těchto strukturách mohou vykazovat morfologické defekty a četné hranice zrn. To vede k nežádoucí a závažné neradiační rekombinaci náboje. Problémem je také vyplňování pórů. Dopování ionty vzácných zemin reguluje růst struktury a snižuje defekty, čímž vytváří uspořádané a jednotné nanostruktury. Díky vylepšení morfologické struktury perovskitu a vrstev pro přenos náboje mohou ionty vzácných zemin zlepšit celkový výkon a stabilitu perovskitových solárních článků, čímž se stanou vhodnějšími pro rozsáhlé komerční aplikace. Význam perovskitových solárních článků nelze podceňovat. Poskytnou vynikající kapacitu výroby energie za mnohem nižší cenu než současné solární články na bázi křemíku, které jsou na trhu k dispozici. Studie prokázala, že dopování perovskitu ionty vzácných zemin zlepšuje jeho vlastnosti, což vede ke zvýšení účinnosti a stability. To znamená, že perovskitové solární články se zlepšeným výkonem jsou o krok blíže k tomu, aby se staly realitou.
Čas zveřejnění: 4. července 2022 