Uso de elementos de tierras raras para superar las limitaciones de las células solares
Células solares de perovskita Las células solares de perovskita presentan ventajas sobre la tecnología actual. Ofrecen mayor eficiencia, son ligeras y más económicas que otras variantes. En una célula solar de perovskita, la capa de perovskita se encuentra entre un electrodo transparente en la parte frontal y un electrodo reflectante en la parte posterior. Las capas de transporte de electrodos y de transporte de huecos se insertan entre las interfaces del cátodo y el ánodo, lo que facilita la recolección de carga en los electrodos. Hay cuatro clasificaciones de células solares de perovskita basadas en la estructura morfológica y la secuencia de capas de la capa de transporte de carga: estructuras planas regulares, planas invertidas, mesoporosas regulares y mesoporosas invertidas. Sin embargo, esta tecnología presenta varias desventajas. La luz, la humedad y el oxígeno pueden inducir su degradación, su absorción puede ser desigual y también presentan problemas con la recombinación de carga no radiativa. Las perovskitas pueden corroerse por electrolitos líquidos, lo que genera problemas de estabilidad. Para lograr sus aplicaciones prácticas, es necesario mejorar su eficiencia de conversión de energía y su estabilidad operativa. Sin embargo, los recientes avances tecnológicos han dado lugar a células solares de perovskita con una eficiencia del 25,5 %, lo que las sitúa a la par de las células solares fotovoltaicas de silicio convencionales. Con este fin, se han explorado las tierras raras para su aplicación en células solares de perovskita. Poseen propiedades fotofísicas que superan estos problemas. Por lo tanto, su uso en células solares de perovskita mejorará sus propiedades, haciéndolas más viables para su implementación a gran escala en soluciones de energía limpia. Cómo los elementos de tierras raras ayudan a las células solares de perovskita Los elementos de tierras raras poseen numerosas propiedades ventajosas que pueden utilizarse para mejorar el funcionamiento de esta nueva generación de células solares. En primer lugar, los potenciales de oxidación y reducción de los iones de tierras raras son reversibles, lo que reduce la oxidación y reducción propias del material objetivo. Además, la formación de películas delgadas puede regularse mediante la adición de estos elementos, acoplándolos con perovskitas y óxidos metálicos transportadores de carga. Además, la estructura de fase y las propiedades optoelectrónicas pueden ajustarse integrándolas por sustitución en la red cristalina. La pasivación de defectos puede lograrse con éxito integrándolas en el material objetivo, ya sea intersticialmente en los límites de grano o en la superficie del material. Además, los fotones infrarrojos y ultravioleta pueden convertirse en luz visible sensible a la perovskita debido a la presencia de numerosas órbitas de transición energéticas en los iones de tierras raras. Esto ofrece una doble ventaja: evita que las perovskitas se dañen con luz de alta intensidad y amplía el rango de respuesta espectral del material. El uso de tierras raras mejora significativamente la estabilidad y la eficiencia de las células solares de perovskita. Modificación de morfologías de películas delgadas Como se mencionó anteriormente, las tierras raras pueden modificar la morfología de películas delgadas de óxidos metálicos. Está bien documentado que la morfología de la capa de transporte de carga subyacente influye en la morfología de la capa de perovskita y su contacto con dicha capa. Por ejemplo, el dopaje con iones de tierras raras previene la agregación de nanopartículas de SnO₂, que puede causar defectos estructurales, y también mitiga la formación de grandes cristales de NiOx, creando una capa uniforme y compacta de cristales. Por lo tanto, mediante el dopaje con tierras raras se pueden lograr películas delgadas de estas sustancias sin defectos. Además, la capa de andamiaje de las células de perovskita con estructura mesoporosa desempeña un papel importante en los contactos entre la perovskita y las capas de transporte de carga de las células solares. Las nanopartículas de estas estructuras pueden presentar defectos morfológicos y numerosos límites de grano. Esto provoca una recombinación de carga no radiactiva adversa y grave. El relleno de poros también es un problema. El dopaje con iones de tierras raras regula el crecimiento del andamiaje y reduce los defectos, creando nanoestructuras alineadas y uniformes. Al proporcionar mejoras en la estructura morfológica de la perovskita y las capas de transporte de carga, los iones de tierras raras pueden mejorar el rendimiento general y la estabilidad de las células solares de perovskita, haciéndolas más adecuadas para aplicaciones comerciales a gran escala. La importancia de las células solares de perovskita es innegable. Ofrecerán una capacidad de generación de energía superior a un coste mucho menor que las células solares de silicio disponibles actualmente en el mercado. El estudio ha demostrado que dopar la perovskita con iones de tierras raras mejora sus propiedades, lo que se traduce en mejoras en la eficiencia y la estabilidad. Esto significa que las células solares de perovskita con un rendimiento mejorado están un paso más cerca de convertirse en realidad.
Hora de publicación: 04-jul-2022 