钙钛矿太阳能电池是目前可再生能源产生的研究重点。杂志上发表的研究中国物理b已经探索了稀土元素及其在新一代光伏太阳能电池中的应用。
学习：稀土离子在钙钛矿太阳能电池中的应用和功能。图片来源：surasak cainak/shutterstock.com
钙钛矿太阳能电池
钙钛矿太阳能电池比当前的太阳能电池技术具有优势。他们有可能提高效率，轻巧且成本低于其他变体。在钙钛矿太阳能电池中，钙钛矿的层夹在前面的透明电极之间，在电池背面的反射电极。
电极传输和孔传输层插入阴极和阳极界面之间，这有助于电极处的电荷收集。
基于形态结构和电荷传输层的层序列，有四个分类的钙钛矿太阳能电池：常规平面，倒平面，常规中孔和倒置的介孔结构。
但是，该技术存在一些缺点。光，水分和氧气会诱导其降解，吸收可能不匹配，并且还存在非辐射电荷重组的问题。钙钛矿可能会被液体电解质腐蚀，从而导致稳定性问题。
为了实现其实际应用，必须在其功率转换效率和操作稳定性方面进行改进。但是，技术的最新进展导致效率为25.5％的钙钛矿太阳能电池，这意味着它们并不落后于常规的硅光伏太阳能电池。
为此，已经探索了在钙钛矿太阳能电池中应用的稀土元素。他们具有克服问题的光物理特性。因此，在钙钛矿太阳能电池中使用它们将改善其性能，使其更可行，可用于清洁能源解决方案的大规模实施。
稀土元素如何帮助钙钛矿太阳能电池
稀土元素拥有的许多有利特性可用于改善新一代太阳能电池的功能。首先，稀土离子的氧化和还原电位是可逆的，可减少目标材料自身的氧化和还原。另外，通过将这些元素与钙钛矿和电荷转运金属氧化物耦合，可以通过添加这些元素来调节薄膜的形成。
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此外，可以通过将它们嵌入晶体晶格中来调节相结构和光电特性。通过将它们嵌入晶粒边界或材料表面上的物质上，可以成功实现缺陷钝化。
此外，由于在稀土离子中存在许多能量的过渡轨道，因此红外和紫外光子可以转换为钙钛矿反应可见光。
它的优点是双重的：它避免了钙钛矿被高强度的光损坏，并扩展了材料的光谱响应范围。使用稀土元素可以显着提高钙钛矿太阳能电池的稳定性和效率。
修饰薄膜的形态
如前所述，稀土元素可以改变由金属氧化物组成的薄膜的形态。有充分的文献证明，基础电荷传输层的形态会影响钙钛矿层的形态及其与电荷传输层的接触。
例如，用稀土离子掺杂可以防止SNO聚集2可以引起结yabo214构缺陷的纳米颗粒，还可以减轻大型Niox晶体的形成，从而产生均匀而紧凑的晶体层。因此，可以通过稀土掺杂来实现这些物质的薄层膜。
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此外，具有介孔结构的钙钛矿细胞中的支架层在太阳能电池中的钙钛矿和电荷传输层之间的接触中起着重要作用。这些结构中的纳米颗yabo214粒可以显示形态缺陷和许多晶界。
这导致不利和严重的非辐射电荷重组。孔填充也是一个问题。用稀土离子掺杂可调节脚手架的生长并减少缺陷，从而产生对齐和均匀的纳米结构。
通过为钙钛矿和电荷传输层的形态结构提供改进，稀土离子可以改善钙钛矿太阳能电池的整体性能和稳定性，从而使其更适合大规模的商业应用。
未来
钙钛矿太阳能电池的重要性不能低估。他们将提供比目前基于硅的太阳能电池低得多的能源发电能力。该研究表明，具有稀土离子的掺杂钙钛矿可提高其性质，从而提高效率和稳定性。这意味着具有改善性能的钙钛矿太阳能电池接近成为现实的一步。
进一步阅读
Cang，L等。（2021）稀土离子在钙钛矿太阳能电池中的应用和功能[在线的]中国物理b|iop亚博老虎机网登录science.com。可用网址：https://iop亚博老虎机网登录science.iop.org/article/10.1088/1674-1056/ac373a/met
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