Ritkaföldfémek használata a napelemek korlátainak leküzdésére
A perovszkit napelemeknek számos előnyük van a jelenlegi napelem-technológiával szemben. Hatékonyabbak lehetnek, könnyebbek és olcsóbbak, mint más változatok. A perovszkit napelemben a perovszkit réteg egy átlátszó elektróda (elöl) és egy fényvisszaverő elektróda (hátul) között helyezkedik el. Az elektróda- és lyukszállító rétegeket a katód és az anód határfelületei közé helyezik, ami megkönnyíti a töltésgyűjtést az elektródákon. A perovszkit napelemek négy osztályozása létezik a töltésszállító réteg morfológiája, szerkezete és rétegsorrendje alapján: szabályos síkbeli, inverz síkbeli, szabályos mezopórusos és inverz mezopórusos szerkezetűek. A technológiának azonban számos hátránya van. A fény, a nedvesség és az oxigén degradációjukat okozhatja, abszorpciójuk nem egyforma lehet, és problémák lehetnek a nem sugárzó töltésrekombinációval is. A perovszkitokat a folyékony elektrolitok korrodálhatják, ami stabilitási problémákhoz vezethet. Gyakorlati alkalmazásuk megvalósításához javítani kell az energiaátalakítási hatásfokukat és a működési stabilitásukat. A technológia legújabb fejlesztései azonban 25,5%-os hatásfokú perovszkit napelemekhez vezettek, ami azt jelenti, hogy nem sokkal maradnak el a hagyományos szilícium fotovoltaikus napelemektől. Ennek érdekében ritkaföldfémeket vizsgáltak perovszkit napelemekben való alkalmazásra. Ezek a ritkaföldfémek olyan fotofizikai tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyek kiküszöbölik a problémákat. Használatuk perovszkit napelemekben tehát javítja tulajdonságaikat, így életképesebbé teszi őket a tiszta energiával kapcsolatos megoldások nagymértékű megvalósításához. Hogyan segítik a ritkaföldfémek a perovszkit napelemeket? A ritkaföldfémek számos előnyös tulajdonsággal rendelkeznek, amelyek felhasználhatók az új generációs napelemek működésének javítására. Először is, a ritkaföldfém-ionok oxidációs és redukciós potenciáljai megfordíthatók, csökkentve a célanyag saját oxidációját és redukcióját. Ezenkívül a vékonyréteg-képződés szabályozható ezen elemek hozzáadásával, perovszkitokkal és töltésszállító fém-oxidokkal való összekapcsolással. Továbbá a fázisszerkezet és az optoelektronikai tulajdonságok módosíthatók a kristályrácsba való szubsztitúciós beágyazással. A hibák passziválása sikeresen elérhető a célanyagba való beágyazással, akár a szemcsehatárokon, akár az anyag felületén. Továbbá az infravörös és ultraibolya fotonok perovszkit-érzékeny látható fénnyé alakíthatók a ritkaföldfém-ionokban található számos energikus átmeneti pálya jelenléte miatt. Ennek két előnye van: egyrészt megakadályozza, hogy a perovszkitok nagy intenzitású fény károsítsa őket, másrészt kiterjeszti az anyag spektrális választartományát. A ritkaföldfémek használata jelentősen javítja a perovszkit napelemek stabilitását és hatékonyságát. Vékonyrétegek morfológiájának módosítása Amint azt korábban említettük, a ritkaföldfémek módosíthatják a fém-oxidokból álló vékonyrétegek morfológiáját. Jól dokumentált, hogy az alatta lévő töltésszállító réteg morfológiája befolyásolja a perovszkit réteg morfológiáját és annak a töltésszállító réteggel való érintkezését. Például a ritkaföldfém-ionokkal való adalékolás megakadályozza az SnO2 nanorészecskék aggregációját, amely szerkezeti hibákat okozhat, és mérsékli a nagy NiOx kristályok képződését is, egyenletes és tömör kristályréteget hozva létre. Így ritkaföldfém-adalékolással ezekből az anyagokból vékonyrétegű, hibák nélküli filmek érhetők el. Ezenkívül a mezopórusos szerkezetű perovszkit cellák vázrétege fontos szerepet játszik a perovszkit és a napelemek töltésszállító rétegei közötti érintkezésben. Az ilyen szerkezetekben lévő nanorészecskék morfológiai hibákat és számos szemcsehatárt mutathatnak. Ez kedvezőtlen és súlyos, nem sugárzó töltésrekombinációhoz vezet. A pórusok kitöltődése szintén problémát jelent. A ritkaföldfém-ionokkal való adalékolás szabályozza a vázszerkezet növekedését és csökkenti a hibákat, így igazított és egyenletes nanoszerkezeteket hoz létre. A perovszkit és a töltésszállító rétegek morfológiai szerkezetének javításával a ritkaföldfém-ionok javíthatják a perovszkit napelemek általános teljesítményét és stabilitását, így alkalmasabbá téve azokat nagyméretű kereskedelmi alkalmazásokhoz. A perovszkit napelemek fontosságát nem lehet alábecsülni. Ezek a napelemek sokkal alacsonyabb költséggel biztosítanak kiváló energiatermelő kapacitást, mint a piacon jelenleg kapható szilícium alapú napelemek. A tanulmány kimutatta, hogy a perovszkit ritkaföldfém-ionokkal való adalékolása javítja tulajdonságait, ami a hatékonyság és a stabilitás javulásához vezet. Ez azt jelenti, hogy a jobb teljesítményű perovszkit napelemek egy lépéssel közelebb kerültek ahhoz, hogy valósággá váljanak.
Közzététel ideje: 2022. július 4. 