Harvinaisten maametallien käyttö aurinkokennojen rajoitusten voittamiseksi
Perovskiitti-aurinkokennot Perovskiittiaurinkokennoissa on etuja nykyiseen aurinkokennoteknologiaan verrattuna. Niillä on potentiaalia olla tehokkaampia, ne ovat kevyitä ja halvempia kuin muut vaihtoehdot. Perovskiittiaurinkokennossa perovskiittikerros on kerrostettu kennon etuosassa olevan läpinäkyvän elektrodin ja takaosassa olevan heijastavan elektrodin väliin. Elektrodin ja aukon kuljetuskerrokset asetetaan katodin ja anodin rajapintojen väliin, mikä helpottaa varauksen keräämistä elektrodeilla. Perovskiitti-aurinkokennoja on neljä luokitusta varauksensiirtokerroksen morfologian, rakenteen ja kerrosjärjestyksen perusteella: säännöllinen tasomainen, käänteinen tasomainen, säännöllinen mesohuokoinen ja käänteinen mesohuokoinen rakenne. Teknologiaan liittyy kuitenkin useita haittoja. Valo, kosteus ja happi voivat aiheuttaa niiden hajoamista, niiden absorptio voi olla epätasaista, ja niillä on myös ongelmia ei-säteilevän varauksen rekombinaation kanssa. Nestemäiset elektrolyytit voivat syövyttää perovskiitteja, mikä johtaa stabiiliusongelmiin. Jotta niitä voitaisiin soveltaa käytännössä, niiden energianmuunnoshyötysuhdetta ja toiminnan vakautta on parannettava. Viimeaikaiset teknologian edistysaskeleet ovat kuitenkin johtaneet perovskiittiaurinkokennoihin, joiden hyötysuhde on 25,5 %, mikä tarkoittaa, että ne eivät ole paljon jäljessä perinteisistä piipohjaisista aurinkokennoista. Tätä varten harvinaisten maametallien sovelluksia on tutkittu perovskiitti-aurinkokennoissa. Niillä on fotofysikaalisia ominaisuuksia, jotka ratkaisevat ongelmat. Niiden käyttö perovskiitti-aurinkokennoissa parantaa siten niiden ominaisuuksia, mikä tekee niistä käyttökelpoisempia laajamittaiseen käyttöön puhtaissa energiaratkaisuissa. Kuinka harvinaiset maametallit auttavat perovskiitti-aurinkokennoja Harvinaisilla maametalleilla on monia hyödyllisiä ominaisuuksia, joita voidaan käyttää tämän uuden sukupolven aurinkokennojen toiminnan parantamiseen. Ensinnäkin harvinaisten maametallien ionien hapetus- ja pelkistyspotentiaalit ovat palautuvia, mikä vähentää kohdemateriaalin omaa hapettumista ja pelkistymistä. Lisäksi ohutkalvon muodostumista voidaan säädellä lisäämällä näitä alkuaineita kytkemällä ne sekä perovskiitteihin että varauksenkuljetusmetallien oksideihin. Lisäksi faasirakennetta ja optoelektronisia ominaisuuksia voidaan säätää upottamalla ne substituutiolla kidehilaan. Vikojen passivointi voidaan saavuttaa onnistuneesti upottamalla ne kohdemateriaaliin joko raerajoille tai materiaalin pinnalle. Lisäksi infrapuna- ja ultraviolettifotonit voidaan muuntaa perovskiittiherkäksi näkyväksi valoksi harvinaisten maametallien ionien lukuisten energisten siirtymäkiertoratojen ansiosta. Tällä on kaksi etua: se estää perovskiittia vaurioitumasta voimakkaan valon vaikutuksesta ja laajentaa materiaalin spektraalivastealuetta. Harvinaisten maametallien käyttö parantaa merkittävästi perovskiittiaurinkokennojen vakautta ja hyötysuhdetta. Ohutkalvojen morfologioiden muokkaaminen Kuten aiemmin mainittiin, harvinaiset maametallit voivat muokata metallioksideista koostuvien ohutkalvojen morfologiaa. On hyvin dokumentoitu, että alla olevan varauksensiirtokerroksen morfologia vaikuttaa perovskiittikerroksen morfologiaan ja sen kosketukseen varauksensiirtokerroksen kanssa. Esimerkiksi harvinaisten maametallien ioneilla seostus estää SnO2-nanohiukkasten aggregaation, joka voi aiheuttaa rakenteellisia vikoja, ja myös lieventää suurten NiOx-kiteiden muodostumista luoden tasaisen ja tiiviin kidekerroksen. Näin ollen harvinaisten maametallien seostuksella voidaan saavuttaa näiden aineiden ohuita kalvoja ilman virheitä. Lisäksi perovskiittikennojen, joilla on mesohuokoinen rakenne, tukikerroksella on tärkeä rooli perovskiitin ja aurinkokennojen varauksensiirtokerrosten välisissä kontakteissa. Näiden rakenteiden nanopartikkeleilla voi olla morfologisia virheitä ja lukuisia raerajoja. Tämä johtaa haitalliseen ja vakavaan ei-säteilevään varausrekombinaatioon. Huokosten täyttyminen on myös ongelma. Harvinaisten maametallien ioneilla doping säätelee tukirakenteiden kasvua ja vähentää virheitä, mikä luo yhdenmukaisia ja yhtenäisiä nanorakenteita. Parantamalla perovskiitin ja varauksensiirtokerrosten morfologista rakennetta, harvinaisten maametallien ionit voivat parantaa perovskiitti-aurinkokennojen yleistä suorituskykyä ja vakautta, mikä tekee niistä sopivampia laajamittaisiin kaupallisiin sovelluksiin. Perovskiitti-aurinkokennojen merkitystä ei voi aliarvioida. Ne tarjoavat paremman energiantuotantokapasiteetin paljon alhaisemmilla kustannuksilla kuin markkinoilla olevat nykyiset piipohjaiset aurinkokennot. Tutkimus on osoittanut, että perovskiitin seostaminen harvinaisten maametallien ioneilla parantaa sen ominaisuuksia, mikä johtaa tehokkuuden ja vakauden paranemiseen. Tämä tarkoittaa, että suorituskykyisemmät perovskiitti-aurinkokennot ovat askeleen lähempänä todellisuutta.
Julkaisun aika: 04.07.2022 