Выкарыстанне рэдказямельных элементаў для пераадолення абмежаванняў сонечных батарэй
Пероўскітныя сонечныя элементы Пероўскітныя сонечныя элементы маюць перавагі ў параўнанні з сучаснымі тэхналогіямі сонечных элементаў. Яны могуць быць больш эфектыўнымі, лёгкімі і каштуюць менш, чым іншыя варыянты. У пероўскітным сонечным элементе пласт пероўскіту размешчаны паміж празрыстым электродам спераду і адбівальным электродам ззаду элемента. Паміж інтэрфейсамі катода і анода ўстаўлены пласты для транспарту электродаў і слаі для транспарту дзірак, што спрыяе збору зарада на электродах. Існуе чатыры класіфікацыі пероўскітных сонечных элементаў, заснаваныя на марфалагічнай структуры і паслядоўнасці слаёў пласта пераносу зараду: рэгулярная планарная, інвертаваная планарная, рэгулярная мезапорыстая і інвертаваная мезапорыстая структура. Аднак гэтая тэхналогія мае некалькі недахопаў. Святло, вільгаць і кісларод могуць выклікаць іх дэградацыю, іх паглынанне можа быць неадпаведным, а таксама ўзнікаюць праблемы з невыпраменьвальнай рэкамбінацыяй зарада. Пераўскіты могуць падвяргацца карозіі пад уздзеяннем вадкіх электралітаў, што прыводзіць да праблем са стабільнасцю. Каб рэалізаваць іх практычнае прымяненне, неабходна палепшыць іх эфектыўнасць пераўтварэння энергіі і стабільнасць працы. Аднак нядаўнія дасягненні ў галіне тэхналогій прывялі да стварэння пероўскітных сонечных элементаў з эфектыўнасцю 25,5%, што азначае, што яны не нашмат адстаюць ад звычайных крэмніевых фотаэлектрычных сонечных элементаў. З гэтай мэтай былі вывучаны рэдказямельныя элементы для прымянення ў перовскітных сонечных элементах. Яны валодаюць фотафізічнымі ўласцівасцямі, якія дазваляюць вырашыць гэтыя праблемы. Такім чынам, іх выкарыстанне ў перовскітных сонечных элементах палепшыць іх уласцівасці, што зробіць іх больш прыдатнымі для маштабнага ўкаранення ў галіне чыстых энергетычных рашэнняў. Як рэдказямельныя элементы дапамагаюць пероўскітным сонечным элементам Рэдказямельныя элементы маюць шмат пераваг, якія можна выкарыстоўваць для паляпшэння функцыянавання гэтага новага пакалення сонечных элементаў. Па-першае, патэнцыялы акіслення і аднаўлення ў іонах рэдказямельных элементаў з'яўляюцца зварачальнымі, што памяншае ўласнае акісленне і аднаўленне мэтавага матэрыялу. Акрамя таго, утварэнне тонкай плёнкі можна рэгуляваць шляхам дадання гэтых элементаў шляхам іх злучэння як з пероўскітамі, так і з аксідамі металаў, якія пераносяць зарад. Акрамя таго, фазавую структуру і оптаэлектронныя ўласцівасці можна рэгуляваць шляхам замяшчальнага ўбудавання іх у крышталічную рашотку. Пасівацыя дэфектаў можа быць паспяхова дасягнута шляхам іх убудавання ў мэтавы матэрыял альбо ў міжзерневыя межы, альбо на паверхні матэрыялу. Больш за тое, інфрачырвоныя і ультрафіялетавыя фатоны могуць быць пераўтвораны ў бачнае святло, якое рэагуе на пероўскіт, дзякуючы наяўнасці шматлікіх энергетычных пераходных арбіт у іонах рэдказямельных элементаў. Гэта мае двайныя перавагі: прадухіляе пашкоджанне пероўскітаў пад уздзеяннем высокаінтэнсіўнага святла і пашырае спектральны дыяпазон матэрыялу. Выкарыстанне рэдказямельных элементаў значна паляпшае стабільнасць і эфектыўнасць пероўскітных сонечных элементаў. Змяненне марфалогіі тонкіх плёнак Як ужо згадвалася раней, рэдказямельныя элементы могуць змяняць марфалогію тонкіх плёнак, якія складаюцца з аксідаў металаў. Добра вядома, што марфалогія ніжэйлеглага пласта пераносу зараду ўплывае на марфалогію пласта перавскіту і яго кантакт са пластом пераносу зараду. Напрыклад, легіраванне іонамі рэдказямельных элементаў прадухіляе агрэгацыю наначасціц SnO2, якая можа выклікаць структурныя дэфекты, а таксама змякчае ўтварэнне буйных крышталяў NiOx, ствараючы аднастайны і кампактны пласт крышталяў. Такім чынам, з дапамогай легіравання рэдказямельнымі элементамі можна атрымаць тонкія пласты гэтых рэчываў без дэфектаў. Акрамя таго, каркасны пласт у пероўскітных ячэйках, якія маюць мезапорыстаю структуру, адыгрывае важную ролю ў кантактах паміж пероўскітам і пластамі пераносу зараду ў сонечных элементах. Наначасціцы ў гэтых структурах могуць мець марфалагічныя дэфекты і шматлікія межы зерняў. Гэта прыводзіць да неспрыяльнай і сур'ёзнай невыпраменьвальнай рэкамбінацыі зарадаў. Запаўненне пор таксама з'яўляецца праблемай. Легаванне іонамі рэдказямельных элементаў рэгулюе рост каркаса і памяншае дэфекты, ствараючы выраўнаваныя і аднастайныя нанаструктуры. Забяспечваючы паляпшэнне марфалагічнай структуры пераўскіту і слаёў пераносу зараду, іоны рэдказямельных элементаў могуць палепшыць агульную прадукцыйнасць і стабільнасць пераўскітных сонечных элементаў, што робіць іх больш прыдатнымі для буйнамаштабнага камерцыйнага прымянення. Важнасць перовскітных сонечных элементаў нельга недаацэньваць. Яны забяспечаць найлепшую магутнасць выпрацоўкі энергіі пры значна меншай цане, чым існуючыя на рынку сонечныя элементы на аснове крэмнію. Даследаванне паказала, што легіраванне перовскіту іонамі рэдказямельных элементаў паляпшае яго ўласцівасці, што прыводзіць да павышэння эфектыўнасці і стабільнасці. Гэта азначае, што перовскітныя сонечныя элементы з палепшанымі характарыстыкамі сталі на адзін крок бліжэй да таго, каб стаць рэальнасцю.
Час публікацыі: 04 ліпеня 2022 г. 