იშვიათი დედამიწის ელემენტების გამოყენება მზის უჯრედების შეზღუდვების დასაძლევად
პეროვსკიტის მზის უჯრედები პეროვსკიტის მზის უჯრედებს უპირატესობა აქვთ მზის უჯრედების თანამედროვე ტექნოლოგიასთან შედარებით. მათ აქვთ პოტენციალი, იყვნენ უფრო ეფექტურები, მსუბუქი და უფრო იაფი, ვიდრე სხვა ვარიანტები. პეროვსკიტის მზის უჯრედში პეროვსკიტის ფენა მოთავსებულია უჯრედის წინა მხარეს გამჭვირვალე ელექტროდსა და უკანა მხარეს ამრეკლავ ელექტროდს შორის. ელექტროდის ტრანსპორტისა და ხვრელების ტრანსპორტირების ფენები ჩასმულია კათოდისა და ანოდის ინტერფეისებს შორის, რაც ხელს უწყობს ელექტროდებზე მუხტის შეგროვებას. პეროვსკიტის მზის უჯრედების ოთხი კლასიფიკაცია არსებობს მორფოლოგიური სტრუქტურისა და მუხტის ტრანსპორტირების ფენის თანმიმდევრობის მიხედვით: რეგულარული ბრტყელი, ინვერტირებული ბრტყელი, რეგულარული მეზოფოროვანი და ინვერტირებული მეზოფოროვანი სტრუქტურები. თუმცა, ტექნოლოგიას რამდენიმე ნაკლი აქვს. სინათლემ, ტენიანობამ და ჟანგბადმა შეიძლება გამოიწვიოს მათი დეგრადაცია, მათი შთანთქმა შეიძლება შეუსაბამო იყოს და ასევე მათ აქვთ პრობლემები არაგამოსხივების მუხტის რეკომბინაციასთან დაკავშირებით. პეროვსკიტები შეიძლება კოროდირებული იყოს თხევადი ელექტროლიტებით, რაც სტაბილურობის პრობლემებს იწვევს. მათი პრაქტიკული გამოყენების რეალიზებისთვის, აუცილებელია მათი ენერგიის გარდაქმნის ეფექტურობისა და ოპერაციული სტაბილურობის გაუმჯობესება. თუმცა, ტექნოლოგიის ბოლოდროინდელმა მიღწევებმა განაპირობა პეროვსკიტის მზის უჯრედების შექმნა 25.5%-იანი ეფექტურობით, რაც ნიშნავს, რომ ისინი დიდად არ ჩამორჩებიან ტრადიციულ სილიკონის ფოტოელექტრულ მზის უჯრედებს. ამ მიზნით, პეროვსკიტის მზის უჯრედებში გამოყენებისთვის შესწავლილია იშვიათმიწა ელემენტები. მათ აქვთ ფოტოფიზიკური თვისებები, რომლებიც პრობლემებს აგვარებენ. შესაბამისად, მათი პეროვსკიტის მზის უჯრედებში გამოყენება გააუმჯობესებს მათ თვისებებს, რაც მათ უფრო სიცოცხლისუნარიანს გახდის სუფთა ენერგიის გადაწყვეტილებების ფართომასშტაბიანი დანერგვისთვის. როგორ ეხმარება იშვიათი დედამიწის ელემენტები პეროვსკიტის მზის უჯრედებს იშვიათმიწა ელემენტები ფლობენ მრავალ უპირატესობას, რომელთა გამოყენება შესაძლებელია მზის უჯრედების ამ ახალი თაობის ფუნქციონირების გასაუმჯობესებლად. პირველ რიგში, იშვიათმიწა ელემენტების იონებში დაჟანგვისა და აღდგენის პოტენციალი შექცევადია, რაც ამცირებს სამიზნე მასალის საკუთარ დაჟანგვასა და აღდგენას. გარდა ამისა, თხელი ფენის წარმოქმნის რეგულირება შესაძლებელია ამ ელემენტების დამატებით, როგორც პეროვსკიტებთან, ასევე მუხტის გადამტანი ლითონის ოქსიდებთან შეერთებით. გარდა ამისა, ფაზური სტრუქტურისა და ოპტოელექტრონული თვისებების რეგულირება შესაძლებელია მათი კრისტალურ ბადეში ჩანაცვლებითი ჩასმით. დეფექტების პასივაცია წარმატებით მიიღწევა მათი სამიზნე მასალაში ჩასმით, მარცვლების საზღვრებთან ინტერსტიციულად ან მასალის ზედაპირზე. გარდა ამისა, ინფრაწითელი და ულტრაიისფერი ფოტონები შეიძლება გარდაიქმნას პეროვსკიტისადმი მგრძნობიარე ხილულ სინათლედ იშვიათმიწა იონებში მრავალი ენერგეტიკული გარდამავალი ორბიტის არსებობის გამო. ამას ორმაგი უპირატესობა აქვს: ის ხელს უშლის პეროვსკიტების დაზიანებას მაღალი ინტენსივობის სინათლისგან და აფართოებს მასალის სპექტრული რეაქციის დიაპაზონს. იშვიათმიწა ელემენტების გამოყენება მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს პეროვსკიტის მზის უჯრედების სტაბილურობას და ეფექტურობას. თხელი ფენების მორფოლოგიების მოდიფიკაცია როგორც ადრე აღვნიშნეთ, იშვიათმიწა ელემენტებს შეუძლიათ ლითონის ოქსიდებისგან შემდგარი თხელი ფენების მორფოლოგიის შეცვლა. კარგად არის დოკუმენტირებული, რომ ქვედა მუხტის გადამტანი ფენის მორფოლოგია გავლენას ახდენს პეროვსკიტის ფენის მორფოლოგიაზე და მის კონტაქტზე მუხტის გადამტან ფენასთან. მაგალითად, იშვიათმიწა იონებით დოპირება ხელს უშლის SnO2 ნანონაწილაკების აგრეგაციას, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს სტრუქტურული დეფექტები და ასევე ამცირებს დიდი NiOx კრისტალების წარმოქმნას, რაც ქმნის კრისტალების ერთგვაროვან და კომპაქტურ ფენას. ამრიგად, იშვიათმიწა იონებით დოპირებით შესაძლებელია ამ ნივთიერებების თხელი ფენების მიღება დეფექტების გარეშე. გარდა ამისა, პეროვსკიტის უჯრედებში, რომლებსაც მეზოფოროვანი სტრუქტურა აქვთ, ხარაჩოს ფენა მნიშვნელოვან როლს ასრულებს მზის უჯრედებში პეროვსკიტისა და მუხტის ტრანსპორტირების ფენებს შორის კონტაქტებში. ამ სტრუქტურებში არსებულ ნანონაწილაკებს შეიძლება ჰქონდეთ მორფოლოგიური დეფექტები და მრავალი მარცვლოვანი საზღვარი. ეს იწვევს არახელსაყრელ და სერიოზულ არაგამოსხივების მქონე მუხტის რეკომბინაციას. ფორების შევსება ასევე პრობლემას წარმოადგენს. იშვიათმიწა იონებით დოპირება არეგულირებს ხარაჩოს ზრდას და ამცირებს დეფექტებს, ქმნის გასწორებულ და ერთგვაროვან ნანოსტრუქტურებს. პეროვსკიტის მორფოლოგიური სტრუქტურისა და მუხტის ტრანსპორტირების ფენების გაუმჯობესებით, იშვიათმიწა იონებს შეუძლიათ გააუმჯობესონ პეროვსკიტის მზის უჯრედების საერთო მუშაობა და სტაბილურობა, რაც მათ უფრო შესაფერისს ხდის ფართომასშტაბიანი კომერციული გამოყენებისთვის. პეროვსკიტის მზის უჯრედების მნიშვნელობა არ უნდა შეფასდეს. ისინი უზრუნველყოფენ ენერგიის გამომუშავების უმაღლეს სიმძლავრეს ბაზარზე არსებულ სილიციუმზე დაფუძნებულ მზის უჯრედებთან შედარებით გაცილებით დაბალ ფასად. კვლევამ აჩვენა, რომ პეროვსკიტის იშვიათმიწა იონებით დოპირება აუმჯობესებს მის თვისებებს, რაც იწვევს ეფექტურობისა და სტაბილურობის გაუმჯობესებას. ეს ნიშნავს, რომ გაუმჯობესებული მუშაობის მქონე პეროვსკიტის მზის უჯრედები ერთი ნაბიჯით მიუახლოვდება რეალობად ქცევას.
გამოქვეყნების დრო: 2022 წლის 4 ივლისი 