باستخدام عناصر الأرض النادرة للتغلب على قيود الخلايا الشمسية
الخلايا الشمسية Perovskite الخلايا الشمسية Perovskite لها مزايا على تكنولوجيا الخلايا الشمسية الحالية. لديهم القدرة على أن تكون أكثر كفاءة ، وخفيفة الوزن ، وتكلفة أقل من المتغيرات الأخرى. في خلية شمسية بيروفسكايت ، تقع طبقة بيروفسكايت بين قطب شفاف في الأمام والقطب العاكس في الجزء الخلفي من الخلية. يتم إدخال طبقات نقل القطب ونقل الثقب بين واجهات الكاثود والأنود ، مما يسهل جمع الشحن في الأقطاب الكهربائية. هناك أربعة تصنيفات للخلايا الشمسية البيروفسكيت تعتمد على بنية التشكل وتسلسل طبقة طبقة نقل الشحن: مستوي منتظم ، مستوي مقلوب ، بنية متوسطة الحجم ، وموسيقية مقلوبة. ومع ذلك ، توجد عدة عيوب مع التكنولوجيا. يمكن للضوء والرطوبة والأكسجين أن يحفز تدهورها ، ويمكن أن يكون امتصاصهم غير متطابق ، كما أن لديهم مشاكل في إعادة التركيب غير الإراديات. يمكن تآكل البيروفسكيت عن طريق الشوارد السائلة ، مما يؤدي إلى مشاكل الاستقرار. لتحقيق تطبيقاتها العملية ، يجب إجراء تحسينات في كفاءة تحويل الطاقة والاستقرار التشغيلي. ومع ذلك ، فإن التطورات الحديثة في التكنولوجيا أدت إلى خلايا شمسية بيروفسكايت بكفاءة بنسبة 25.5 ٪ ، مما يعني أنها ليست بعيدًا عن الخلايا الشمسية السيليكون التقليدية. تحقيقا لهذه الغاية ، تم استكشاف عناصر الأرض النادرة للتطبيقات في الخلايا الشمسية بيروفسكايت. لديهم خصائص الفيزيائية الضوئية التي تتغلب على المشاكل. وبالتالي ، فإن استخدامها في الخلايا الشمسية Perovskite سيحسن خصائصها ، مما يجعلها أكثر قابلية للتطبيق على نطاق واسع لحلول الطاقة النظيفة. كيف تساعد العناصر الأرضية النادرة على الخلايا الشمسية بيروفسكايت هناك العديد من الخصائص المفيدة التي تمتلكها عناصر أرضية نادرة يمكن استخدامها لتحسين وظيفة هذا الجيل الجديد من الخلايا الشمسية. أولاً ، تكون إمكانات الأكسدة والخفض في أيونات الأرض النادرة قابلة للعكس ، مما يقلل من أكسدة المادة المستهدفة الخاصة وتخفيضها. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تنظيم تكوين الأغشية الرقيقة عن طريق إضافة هذه العناصر عن طريق اقترانها مع كل من perovskites وشحن أكاسيد المعادن النقل. علاوة على ذلك ، يمكن ضبط بنية الطور والخصائص الإلكترونية البصرية عن طريق تضمينها بديلاً في الشبكة البلورية. يمكن تحقيق تخميل العيوب بنجاح عن طريق تضمينها في المادة المستهدفة إما بشكل خلفي عند حدود الحبوب أو على سطح المادة. علاوة على ذلك ، يمكن تحويل فوتونات الأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية إلى الضوء المرئي المستجيب للبيروفسكايت بسبب وجود العديد من المدارات الانتقالية النشطة في أيونات الأرض النادرة. مزايا هذا ذات شقين: فهي تتجنب أن يتضرر بيروفسكيت من الضوء عالي الكثافة ويمتد نطاق الاستجابة الطيفية للمادة. استخدام عناصر أرضية نادرة يحسن بشكل كبير من استقرار وفعالية الخلايا الشمسية البيروفسكايت. تعديل مورفولوجيا الأفلام الرقيقة كما ذكرنا سابقًا ، يمكن للعناصر الأرضية النادرة تعديل مورفولوجيا الأفلام الرقيقة التي تتكون من أكاسيد المعادن. من الموثق جيدًا أن مورفولوجيا طبقة نقل الشحن الأساسية تؤثر على مورفولوجيا طبقة Perovskite واتصالها بطبقة النقل الشحنة. على سبيل المثال ، يمنع المنشطات ذات أيونات الأرض النادرة تجميع الجسيمات النانوية SNO2 التي يمكن أن تسبب عيوبًا هيكلية ، كما أنها تخفف من تشكيل بلورات Niox الكبيرة ، مما يخلق طبقة موحدة وضغوط من البلورات. وبالتالي ، يمكن تحقيق أفلام طبقة رقيقة من هذه المواد بدون عيوب مع تعاطي المنشطات النادرة. بالإضافة إلى ذلك ، تلعب طبقة السقالة في خلايا Perovskite التي لها بنية mesoporous دورًا مهمًا في جهات الاتصال بين طبقات النقل البيروفسكايت في الخلايا الشمسية. يمكن للجسيمات النانوية في هذه الهياكل عرض العيوب المورفولوجية والعديد من حدود الحبوب. هذا يؤدي إلى إعادة تركيب الشحنة غير المعاكسة والخطيرة. ملء المسام هو أيضا مشكلة. ينظم المنشطات مع أيونات الأرض النادرة نمو السقالة ويقلل من العيوب ، مما يخلق هياكل نانوية موحدة وموحدة. من خلال توفير تحسينات للبنية المورفولوجية لطبقات النقل البيروفسكايت ورسوم الشحن ، يمكن لأيونات الأرض النادرة تحسين الأداء الكلي للخلايا الشمسية البيروفسكايت ، مما يجعلها أكثر ملاءمة للتطبيقات التجارية واسعة النطاق. لا يمكن التقليل من أهمية الخلايا الشمسية البيروفسكايت. ستوفر قدرة توليد طاقة متفوقة بتكلفة أقل بكثير من الخلايا الشمسية الحالية القائمة على السيليكون في السوق. لقد أظهرت الدراسة أن المنشطات البيروفسكايت مع أيونات الأرض النادرة تعمل على تحسين خصائصها ، مما يؤدي إلى تحسينات في الكفاءة والاستقرار. هذا يعني أن الخلايا الشمسية Perovskite ذات الأداء المحسّن هي خطوة واحدة أقرب إلى أن تصبح حقيقة واقعة.
وقت النشر: يوليو -04-2022 