Sử dụng các nguyên tố đất hiếm để khắc phục những hạn chế của pin mặt trời
Pin mặt trời perovskite có nhiều ưu điểm hơn so với công nghệ pin mặt trời hiện tại. Chúng có tiềm năng hiệu quả hơn, nhẹ hơn và chi phí thấp hơn các biến thể khác. Trong pin mặt trời perovskite, lớp perovskite được kẹp giữa điện cực trong suốt ở phía trước và điện cực phản xạ ở phía sau của pin. Các lớp vận chuyển điện cực và vận chuyển lỗ được chèn vào giữa giao diện cực âm và cực dương, giúp tạo điều kiện thu thập điện tích tại các điện cực. Có bốn phân loại pin mặt trời perovskite dựa trên cấu trúc hình thái và trình tự lớp của lớp vận chuyển điện tích: cấu trúc phẳng đều, phẳng đảo ngược, cấu trúc mesoporous đều và cấu trúc mesoporous đảo ngược. Tuy nhiên, công nghệ này có một số nhược điểm. Ánh sáng, độ ẩm và oxy có thể gây ra sự phân hủy của chúng, khả năng hấp thụ của chúng có thể không khớp nhau và chúng cũng có vấn đề với sự kết hợp điện tích không bức xạ. Perovskite có thể bị ăn mòn bởi chất điện phân lỏng, dẫn đến các vấn đề về độ ổn định. Để hiện thực hóa các ứng dụng thực tế của chúng, cần phải cải thiện hiệu suất chuyển đổi năng lượng và độ ổn định hoạt động của chúng. Tuy nhiên, những tiến bộ gần đây trong công nghệ đã dẫn đến các tế bào năng lượng mặt trời perovskite có hiệu suất 25,5%, điều đó có nghĩa là chúng không kém xa các tế bào năng lượng mặt trời quang điện silicon thông thường. Để đạt được mục đích này, các nguyên tố đất hiếm đã được nghiên cứu để ứng dụng trong pin mặt trời perovskite. Chúng sở hữu các đặc tính quang vật lý khắc phục được các vấn đề này. Do đó, việc sử dụng chúng trong pin mặt trời perovskite sẽ cải thiện các đặc tính của chúng, giúp chúng khả thi hơn khi triển khai trên quy mô lớn cho các giải pháp năng lượng sạch. Các nguyên tố đất hiếm hỗ trợ pin mặt trời Perovskite như thế nào Có nhiều đặc tính có lợi mà các nguyên tố đất hiếm sở hữu có thể được sử dụng để cải thiện chức năng của thế hệ pin mặt trời mới này. Đầu tiên, thế oxy hóa và thế khử trong các ion đất hiếm có thể đảo ngược, làm giảm quá trình oxy hóa và khử của chính vật liệu mục tiêu. Ngoài ra, quá trình hình thành màng mỏng có thể được điều chỉnh bằng cách bổ sung các nguyên tố này bằng cách ghép chúng với cả perovskite và oxit kim loại vận chuyển điện tích. Hơn nữa, cấu trúc pha và các đặc tính quang điện tử có thể được điều chỉnh bằng cách nhúng thay thế chúng vào mạng tinh thể. Có thể đạt được thụ động hóa khuyết tật thành công bằng cách nhúng chúng vào vật liệu mục tiêu ở ranh giới hạt hoặc trên bề mặt vật liệu. Hơn nữa, các photon hồng ngoại và cực tím có thể được chuyển đổi thành ánh sáng khả kiến phản ứng với perovskite do sự hiện diện của nhiều quỹ đạo chuyển tiếp năng lượng trong các ion đất hiếm. Ưu điểm của phương pháp này là gấp đôi: nó tránh cho perovskite bị hư hỏng do ánh sáng cường độ cao và mở rộng phạm vi phản ứng quang phổ của vật liệu. Sử dụng các nguyên tố đất hiếm cải thiện đáng kể độ ổn định và hiệu quả của pin mặt trời perovskite. Sửa đổi hình thái của màng mỏng Như đã đề cập trước đó, các nguyên tố đất hiếm có thể thay đổi hình thái của màng mỏng bao gồm các oxit kim loại. Có nhiều tài liệu chứng minh rằng hình thái của lớp vận chuyển điện tích cơ bản ảnh hưởng đến hình thái của lớp perovskite và sự tiếp xúc của nó với lớp vận chuyển điện tích. Ví dụ, việc pha tạp các ion đất hiếm ngăn chặn sự kết tụ của các hạt nano SnO2 có thể gây ra các khuyết tật về cấu trúc, đồng thời cũng làm giảm sự hình thành các tinh thể NiOx lớn, tạo ra một lớp tinh thể đồng nhất và chặt chẽ. Do đó, có thể đạt được các lớp màng mỏng của các chất này mà không có khuyết tật bằng cách pha tạp đất hiếm. Ngoài ra, lớp khung trong các tế bào perovskite có cấu trúc mesoporous đóng vai trò quan trọng trong các tiếp xúc giữa perovskite và các lớp vận chuyển điện tích trong các tế bào năng lượng mặt trời. Các hạt nano trong các cấu trúc này có thể hiển thị các khiếm khuyết về hình thái và nhiều ranh giới hạt. Điều này dẫn đến sự tái hợp điện tích phi bức xạ nghiêm trọng và bất lợi. Việc lấp đầy lỗ chân lông cũng là một vấn đề. Việc pha tạp các ion đất hiếm sẽ điều chỉnh sự phát triển của khung và giảm các khuyết tật, tạo ra các nanocấu trúc đồng đều và thẳng hàng. Bằng cách cải thiện cấu trúc hình thái của perovskite và các lớp truyền điện tích, các ion đất hiếm có thể cải thiện hiệu suất và độ ổn định tổng thể của pin mặt trời perovskite, khiến chúng phù hợp hơn cho các ứng dụng thương mại quy mô lớn. Tầm quan trọng của pin mặt trời perovskite không thể bị đánh giá thấp. Chúng sẽ cung cấp khả năng tạo ra năng lượng vượt trội với chi phí thấp hơn nhiều so với pin mặt trời silicon hiện có trên thị trường. Nghiên cứu đã chứng minh rằng việc pha tạp perovskite với các ion đất hiếm sẽ cải thiện các đặc tính của nó, dẫn đến cải thiện hiệu suất và độ ổn định. Điều này có nghĩa là pin mặt trời perovskite với hiệu suất được cải thiện đang tiến gần hơn một bước nữa đến việc trở thành hiện thực.
Thời gian đăng: 04-07-2022 