Güneş Hücrelerinin Sınırlamalarını Aşmak İçin Nadir Toprak Elementlerinin Kullanımı
Perovskit Güneş Hücreleri Perovskit güneş hücreleri, mevcut güneş hücresi teknolojisine göre avantajlara sahiptir. Daha verimli olma potansiyeline sahiptirler, hafiftirler ve diğer varyantlardan daha az maliyetlidirler. Bir perovskit güneş hücresinde, perovskit tabakası hücrenin önünde şeffaf bir elektrot ve arkasında yansıtıcı bir elektrot arasında sıkıştırılmıştır. Katot ve anot arayüzleri arasına elektrot taşıma ve delik taşıma katmanları yerleştirilir, bu da elektrotlarda yük toplanmasını kolaylaştırır. Perovskit güneş hücrelerinin yük taşıma tabakasının morfoloji yapısı ve katman dizisine göre dört sınıflandırması vardır: düzenli düzlemsel, ters düzlemsel, düzenli mezogözenekli ve ters mezogözenekli yapılar. Ancak, teknolojide birkaç dezavantaj bulunmaktadır. Işık, nem ve oksijen bunların bozulmasına neden olabilir, emilimleri uyumsuz olabilir ve ayrıca radyasyon dışı yük rekombinasyonuyla ilgili sorunları vardır. Perovskit'ler sıvı elektrolitler tarafından aşındırılabilir ve bu da kararlılık sorunlarına yol açabilir. Pratik uygulamalarını gerçekleştirmek için güç dönüşüm verimliliğinde ve operasyonel kararlılığında iyileştirmeler yapılmalıdır. Ancak, teknolojideki son gelişmeler %25,5 verimliliğe sahip perovskit güneş hücrelerine yol açmıştır, bu da bunların geleneksel silikon fotovoltaik güneş hücrelerinden çok da geride olmadığı anlamına gelir. Bu amaçla, nadir toprak elementleri perovskit güneş hücrelerinde uygulamalar için araştırılmıştır. Sorunların üstesinden gelen fotofiziksel özelliklere sahiptirler. Bu nedenle, bunları perovskit güneş hücrelerinde kullanmak özelliklerini iyileştirecek ve temiz enerji çözümleri için büyük ölçekli uygulama için daha uygulanabilir hale getirecektir. Nadir Toprak Elementleri Perovskit Güneş Hücrelerine Nasıl Yardımcı Olur? Nadir toprak elementlerinin sahip olduğu ve bu yeni nesil güneş hücrelerinin işlevini iyileştirmek için kullanılabilecek birçok avantajlı özellik vardır. İlk olarak, nadir toprak iyonlarındaki oksidasyon ve redüksiyon potansiyelleri geri dönüşümlüdür ve hedef malzemenin kendi oksidasyonunu ve redüksiyonunu azaltır. Ek olarak, ince film oluşumu bu elementlerin hem perovskitlerle hem de yük taşıyıcı metal oksitlerle birleştirilmesiyle düzenlenebilir. Ayrıca, faz yapısı ve optoelektronik özellikler, kristal kafese ikame olarak gömülerek ayarlanabilir. Kusur pasifleştirme, hedef malzemeye, tane sınırlarında veya malzemenin yüzeyinde aralara gömülerek başarıyla elde edilebilir. Ayrıca, nadir toprak iyonlarındaki çok sayıda enerjetik geçiş yörüngesinin varlığı nedeniyle kızılötesi ve ultraviyole fotonlar perovskite tepkili görünür ışığa dönüştürülebilir. Bunun iki avantajı vardır: Perovskitlerin yüksek yoğunluklu ışıktan zarar görmesini önler ve malzemenin spektral tepki aralığını genişletir. Nadir toprak elementlerinin kullanılması, perovskit güneş hücrelerinin kararlılığını ve verimliliğini önemli ölçüde artırır. İnce Filmlerin Morfolojilerinin Değiştirilmesi Daha önce belirtildiği gibi, nadir toprak elementleri metal oksitlerden oluşan ince filmlerin morfolojilerini değiştirebilir. Altta yatan yük taşıma katmanının morfolojisinin perovskit katmanının morfolojisini ve yük taşıma katmanıyla temasını etkilediği iyi belgelenmiştir. Örneğin, nadir toprak iyonlarıyla katkılama, yapısal kusurlara neden olabilen SnO2 nanopartiküllerinin kümelenmesini önler ve ayrıca büyük NiOx kristallerinin oluşumunu hafifleterek, düzgün ve kompakt bir kristal tabakası oluşturur. Böylece, bu maddelerin kusursuz ince tabaka filmleri nadir toprak katkılamasıyla elde edilebilir. Ek olarak, mezogözenekli bir yapıya sahip olan perovskit hücrelerindeki iskele tabakası, güneş hücrelerindeki perovskit ve yük taşıma katmanları arasındaki temaslarda önemli bir rol oynar. Bu yapılardaki nanopartiküller morfolojik kusurlar ve çok sayıda tane sınırı gösterebilir. Bu, olumsuz ve ciddi radyasyon dışı yük rekombinasyonuna yol açar. Gözenek doldurma da bir sorundur. Nadir toprak iyonlarıyla katkılama, iskele büyümesini düzenler ve kusurları azaltarak hizalanmış ve düzgün nanoyapılar oluşturur. Nadir toprak iyonları, perovskit ve yük taşıma katmanlarının morfolojik yapısında iyileştirmeler sağlayarak, perovskit güneş hücrelerinin genel performansını ve kararlılığını iyileştirebilir ve bunları büyük ölçekli ticari uygulamalar için daha uygun hale getirebilir. Perovskit güneş hücrelerinin önemi hafife alınamaz. Piyasadaki mevcut silikon tabanlı güneş hücrelerinden çok daha düşük bir maliyetle üstün enerji üretim kapasitesi sağlayacaklardır. Çalışma, perovskitin nadir toprak iyonlarıyla dopinglenmesinin özelliklerini geliştirdiğini ve verimlilik ve kararlılıkta iyileştirmelere yol açtığını göstermiştir. Bu, performansı iyileştirilmiş perovskit güneş hücrelerinin gerçeğe dönüşmeye bir adım daha yaklaştığı anlamına gelir.
Gönderi zamanı: Tem-04-2022 