希土類元素を使用して、太陽電池の制限を克服します
ペロブスカイト太陽電池は、現在の太陽電池技術よりも利点があります。それらは、より効率的であり、軽量であり、他のバリエーションよりもコストが低くなる可能性があります。ペロブスカイト太陽電池では、ペロブスカイトの層が、前面の透明電極と、細胞の背面にある反射電極の間に挟まれています。 電極輸送と穴の輸送層は、カソードとアノード界面の間に挿入されており、電極での電荷収集を容易にします。 電荷輸送層の形態構造と層配列に基づいたペロブスカイト太陽電池の4つの分類があります：通常の平面、逆平面、通常のメソポーラス、および逆メソポーラス構造。 ただし、テクノロジーにはいくつかの欠点があります。軽い、湿気、酸素はその分解を誘発する可能性があり、それらの吸収が不一致になる可能性があり、非放射電荷組換えの問題もあります。ペロブスカイトは液体電解質によって腐食し、安定性の問題につながる可能性があります。 実用的なアプリケーションを実現するには、電力変換効率と運用安定性を改善する必要があります。しかし、最近の技術の進歩により、25.5％の効率を持つペロブスカイト太陽電池が生まれました。つまり、従来のシリコン太陽光発電太陽電池にはそれほど遅れていません。 この目的のために、ペロブスカイト太陽電池での用途向けに、希少地球要素が調査されています。それらは、問題を克服する光物理学的特性を持っています。したがって、ペロブスカイトの太陽電池でそれらを使用すると、その特性が改善され、クリーンエネルギーソリューションの大規模な実装のためにより実行可能になります。 希土類元素がペロブスカイトの太陽電池をどのように助けるか この新世代の太陽電池の機能を改善するために使用できる希土類元素が持っている多くの有利な特性があります。第一に、希土類イオンの酸化と還元電位は可逆的であり、標的材料独自の酸化と還元を減らします。さらに、薄膜形成は、ペロブスカイトと電荷輸送金属酸化物の両方と結合することにより、これらの元素を添加することにより調節できます。 さらに、位相構造と光電子特性は、それらをクリスタル格子に置き換えることにより調整できます。欠陥の不動態化は、それらを粒界に間違って材料の表面にターゲット材料に埋め込むことにより、成功裏に達成できます。 さらに、希土類イオンに多数のエネルギー遷移軌道が存在するため、赤外線および紫外線光子をペロブスカイト応答性可視光に変換できます。 これの利点は2つあります。それは、ペロブスカイトが高強度の光によって損傷を受けることを避け、材料のスペクトル応答範囲を拡張します。希土類元素を使用すると、ペロブスカイト太陽電池の安定性と効率が大幅に向上します。 前述のように、希土類元素は、金属酸化物で構成される薄膜の形態を変更できます。基礎となる電荷輸送層の形態が、ペロブスカイト層の形態と電荷輸送層との接触に影響することは十分に文書化されています。 たとえば、希土類イオンのドーピングは、構造的欠陥を引き起こす可能性のあるSno2ナノ粒子の凝集を防ぎ、大きなNiox結晶の形成を軽減し、結晶の均一でコンパクトな層を作成します。したがって、欠陥のないこれらの物質の薄層膜は、希土類ドーピングで達成できます。 さらに、メソポーラス構造を持つペロブスカイト細胞の足場層は、ペロブスカイトと太陽電池の電荷輸送層との接触に重要な役割を果たします。これらの構造のナノ粒子は、形態学的欠陥と多数の粒界を示すことができます。 これは、不利で深刻な非放射電荷の組換えにつながります。孔の詰め物も問題です。希土類イオンをドーピングすると、足場の成長が調節され、欠陥が減少し、整列した均一なナノ構造が生成されます。 ペロブスカイトの形態構造と電荷輸送層の改善を提供することにより、希土類イオンはペロブスカイト太陽電池の全体的な性能と安定性を改善し、大規模な商用アプリケーションにより適しています。 ペロブスカイト太陽電池の重要性を控えめにすることはできません。彼らは、市場にある現在のシリコンベースの太陽電池よりもはるかに低いコストで優れたエネルギー生成能力を提供します。この研究は、希土類イオンを備えたドーピングペロブスカイトがその特性を改善し、効率と安定性の改善につながることを実証しています。これは、パフォーマンスが向上したペロブスカイト太陽電池が現実になることに一歩近づくことを意味します。
投稿時間：7月-04-2022 