استفاده از عناصر کمیاب خاکی برای غلبه بر محدودیت‌های سلول‌های خورشیدی
سلول‌های خورشیدی پروسکایت سلول‌های خورشیدی پروسکایت نسبت به فناوری سلول‌های خورشیدی فعلی مزایایی دارند. آنها پتانسیل کارآمدتر بودن، سبک بودن و هزینه کمتر از سایر انواع را دارند. در یک سلول خورشیدی پروسکایت، لایه پروسکایت بین یک الکترود شفاف در جلو و یک الکترود بازتابنده در پشت سلول قرار گرفته است. لایه‌های انتقال الکترود و انتقال حفره بین رابط‌های کاتد و آند قرار داده شده‌اند که جمع‌آوری بار در الکترودها را تسهیل می‌کند. بر اساس ساختار مورفولوژی و توالی لایه انتقال بار، چهار طبقه‌بندی برای سلول‌های خورشیدی پروسکایت وجود دارد: ساختارهای مسطح منظم، مسطح معکوس، مزومتخلخل منظم و مزومتخلخل معکوس. با این حال، چندین ایراد در این فناوری وجود دارد. نور، رطوبت و اکسیژن می‌توانند باعث تخریب آنها شوند، جذب آنها می‌تواند ناهماهنگ باشد و همچنین در نوترکیبی بار غیر تابشی مشکل دارند. پروسکایت‌ها می‌توانند توسط الکترولیت‌های مایع خورده شوند و منجر به مشکلات پایداری شوند. برای تحقق کاربردهای عملی آنها، باید در راندمان تبدیل توان و پایداری عملیاتی آنها پیشرفت‌هایی حاصل شود. با این حال، پیشرفت‌های اخیر در فناوری منجر به سلول‌های خورشیدی پروسکایت با راندمان ۲۵.۵٪ شده است، به این معنی که آنها فاصله زیادی با سلول‌های خورشیدی فتوولتائیک سیلیکونی معمولی ندارند. برای این منظور، عناصر کمیاب خاکی برای کاربرد در سلول‌های خورشیدی پروسکایت مورد بررسی قرار گرفته‌اند. آنها دارای خواص فوتوفیزیکی هستند که بر مشکلات غلبه می‌کنند. بنابراین، استفاده از آنها در سلول‌های خورشیدی پروسکایت، خواص آنها را بهبود می‌بخشد و آنها را برای پیاده‌سازی در مقیاس بزرگ برای راه‌حل‌های انرژی پاک، مناسب‌تر می‌کند. چگونه عناصر کمیاب زمین به سلول‌های خورشیدی پروسکایت کمک می‌کنند؟ عناصر خاکی کمیاب خواص مفید بسیاری دارند که می‌توانند برای بهبود عملکرد این نسل جدید از سلول‌های خورشیدی مورد استفاده قرار گیرند. اولاً، پتانسیل‌های اکسیداسیون و احیا در یون‌های خاکی کمیاب برگشت‌پذیر هستند و اکسیداسیون و احیای خود ماده هدف را کاهش می‌دهند. علاوه بر این، تشکیل لایه نازک را می‌توان با افزودن این عناصر از طریق جفت کردن آنها با پروسکایت‌ها و اکسیدهای فلزی انتقال دهنده بار تنظیم کرد. علاوه بر این، ساختار فاز و خواص اپتوالکترونیکی را می‌توان با جاسازی جانشینی آنها در شبکه کریستالی تنظیم کرد. غیرفعال‌سازی نقص را می‌توان با جاسازی آنها در ماده هدف، چه به صورت بین‌نشینی در مرز دانه‌ها و چه روی سطح ماده، با موفقیت انجام داد. علاوه بر این، فوتون‌های مادون قرمز و فرابنفش می‌توانند به دلیل وجود مدارهای گذار پرانرژی متعدد در یون‌های عناصر کمیاب، به نور مرئی پاسخگو به پروسکایت تبدیل شوند. این امر دو مزیت دارد: از آسیب دیدن پروسکایت‌ها در اثر نور با شدت بالا جلوگیری می‌کند و محدوده پاسخ طیفی ماده را گسترش می‌دهد. استفاده از عناصر خاکی کمیاب به طور قابل توجهی پایداری و کارایی سلول‌های خورشیدی پروسکایت را بهبود می‌بخشد. اصلاح مورفولوژی لایه‌های نازک همانطور که قبلاً ذکر شد، عناصر خاکی کمیاب می‌توانند مورفولوژی لایه‌های نازک متشکل از اکسیدهای فلزی را تغییر دهند. به خوبی ثابت شده است که مورفولوژی لایه انتقال بار زیرین، بر مورفولوژی لایه پروسکایت و تماس آن با لایه انتقال بار تأثیر می‌گذارد. برای مثال، آلایش با یون‌های عناصر خاکی کمیاب از تجمع نانوذرات SnO2 که می‌توانند باعث نقص ساختاری شوند، جلوگیری می‌کند و همچنین تشکیل بلورهای بزرگ NiOx را کاهش می‌دهد و یک لایه کریستالی یکنواخت و فشرده ایجاد می‌کند. بنابراین، می‌توان با آلایش با عناصر خاکی کمیاب، لایه‌های نازکی از این مواد بدون نقص ایجاد کرد. علاوه بر این، لایه داربست در سلول‌های پروسکایت که ساختار مزومتخلخل دارند، نقش مهمی در تماس بین پروسکایت و لایه‌های انتقال بار در سلول‌های خورشیدی ایفا می‌کند. نانوذرات موجود در این ساختارها می‌توانند نقص‌های مورفولوژیکی و مرزدانه‌های متعددی را نشان دهند. این امر منجر به نوترکیبی نامطلوب و جدی بارهای غیرتابشی می‌شود. پر شدن منافذ نیز یک مشکل است. دوپینگ با یون‌های عناصر کمیاب، رشد داربست را تنظیم کرده و نقص‌ها را کاهش می‌دهد و نانوساختارهای هم‌تراز و یکنواختی ایجاد می‌کند. یون‌های عناصر کمیاب خاکی با بهبود ساختار مورفولوژیکی پروسکایت و لایه‌های انتقال بار، می‌توانند عملکرد کلی و پایداری سلول‌های خورشیدی پروسکایت را بهبود بخشند و آنها را برای کاربردهای تجاری در مقیاس بزرگ مناسب‌تر کنند. اهمیت سلول‌های خورشیدی پروسکایت را نمی‌توان دست‌کم گرفت. آنها ظرفیت تولید انرژی برتر را با هزینه‌ای بسیار کمتر از سلول‌های خورشیدی مبتنی بر سیلیکون موجود در بازار فراهم می‌کنند. این مطالعه نشان داده است که آلایش پروسکایت با یون‌های عناصر کمیاب، خواص آن را بهبود می‌بخشد و منجر به بهبود کارایی و پایداری می‌شود. این بدان معناست که سلول‌های خورشیدی پروسکایت با عملکرد بهبود یافته، یک گام به واقعیت نزدیک‌تر شده‌اند.
زمان ارسال: ژوئیه-04-2022 