การใช้ธาตุหายากเพื่อเอาชนะข้อจำกัดของเซลล์แสงอาทิตย์
เซลล์แสงอาทิตย์ Perovskite เซลล์แสงอาทิตย์ Perovskite มีข้อได้เปรียบเหนือเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์ในปัจจุบัน เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดนี้มีศักยภาพที่จะมีประสิทธิภาพมากกว่า มีน้ำหนักเบา และมีราคาถูกกว่าเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดอื่น ในเซลล์แสงอาทิตย์ Perovskite ชั้นของ Perovskite จะถูกประกบอยู่ระหว่างอิเล็กโทรดโปร่งใสที่ด้านหน้าและอิเล็กโทรดสะท้อนแสงที่ด้านหลังเซลล์ ชั้นการขนส่งอิเล็กโทรดและการขนส่งรูจะถูกแทรกไว้ระหว่างอินเทอร์เฟซแคโทดและแอโนด ซึ่งช่วยให้สามารถรวบรวมประจุที่อิเล็กโทรดได้ เซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์มีการจำแนกประเภทอยู่ 4 ประเภท โดยอาศัยโครงสร้างทางสัณฐานวิทยาและลำดับชั้นของชั้นการขนส่งประจุ ได้แก่ โครงสร้างแบบระนาบปกติ โครงสร้างแบบระนาบกลับด้าน โครงสร้างแบบมีรูพรุนระดับเมโสะปกติ และโครงสร้างแบบมีรูพรุนระดับเมโสะกลับด้าน อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีดังกล่าวมีข้อเสียหลายประการ เช่น แสง ความชื้น และออกซิเจนอาจทำให้วัสดุเหล่านี้เสื่อมสภาพได้ การดูดซับอาจไม่ตรงกัน และยังมีปัญหาเรื่องการรวมตัวของประจุที่ไม่แผ่รังสีอีกด้วย เพอรอฟสไกต์สามารถกัดกร่อนได้โดยอิเล็กโทรไลต์เหลว ส่งผลให้เกิดปัญหาเรื่องความเสถียร เพื่อให้เกิดการใช้งานจริง จำเป็นต้องมีการปรับปรุงประสิทธิภาพการแปลงพลังงานและเสถียรภาพในการทำงาน อย่างไรก็ตาม ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีล่าสุดทำให้เซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์มีประสิทธิภาพ 25.5% ซึ่งหมายความว่าเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดนี้ไม่ห่างจากเซลล์แสงอาทิตย์แบบโฟโตวอลตาอิคซิลิคอนทั่วไปมากนัก เพื่อจุดประสงค์นี้ ธาตุหายากจึงได้รับการสำรวจเพื่อนำไปใช้ในเซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์ ธาตุหายากมีคุณสมบัติทางแสงที่สามารถเอาชนะปัญหาต่างๆ ได้ การนำธาตุหายากมาใช้ในเซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์จะช่วยปรับปรุงคุณสมบัติของธาตุหายาก ทำให้เหมาะสมยิ่งขึ้นสำหรับการนำไปใช้งานในวงกว้างสำหรับโซลูชันพลังงานสะอาด ธาตุหายากช่วยเซลล์แสงอาทิตย์ Perovskite ได้อย่างไร ธาตุหายากมีคุณสมบัติที่เป็นประโยชน์มากมายที่สามารถนำมาใช้เพื่อปรับปรุงการทำงานของเซลล์แสงอาทิตย์รุ่นใหม่นี้ได้ ประการแรก ศักย์ออกซิเดชันและรีดักชันในไอออนของธาตุหายากนั้นสามารถกลับคืนได้ ทำให้การเกิดออกซิเดชันและรีดักชันของวัสดุเป้าหมายลดลง นอกจากนี้ การก่อตัวของฟิล์มบางสามารถควบคุมได้โดยการเพิ่มธาตุเหล่านี้โดยการจับคู่กับทั้งเพอรอฟสไกต์และออกไซด์ของโลหะที่ทำหน้าที่ขนส่งประจุ นอกจากนี้ สามารถปรับโครงสร้างเฟสและคุณสมบัติของออปโตอิเล็กทรอนิกส์ได้ด้วยการฝังลงในโครงตาข่ายผลึกแบบแทนที่ การทำให้ไม่มีปฏิกิริยากับข้อบกพร่องสามารถทำได้สำเร็จโดยการฝังลงในวัสดุเป้าหมายไม่ว่าจะเป็นแบบแทรกระหว่างขอบเกรนหรือบนพื้นผิวของวัสดุ นอกจากนี้ โฟตอนอินฟราเรดและอัลตราไวโอเลตสามารถแปลงเป็นแสงที่มองเห็นได้ซึ่งตอบสนองต่อเพอรอฟสไกต์ได้ เนื่องจากมีวงโคจรเปลี่ยนผ่านพลังงานจำนวนมากในไอออนของธาตุหายาก ข้อดีของวิธีนี้มี 2 ประการ คือ ช่วยป้องกันไม่ให้เพอรอฟสไกต์เสียหายจากแสงที่มีความเข้มสูง และขยายช่วงการตอบสนองสเปกตรัมของวัสดุ การใช้ธาตุหายากช่วยเพิ่มเสถียรภาพและประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์ได้อย่างมาก การปรับเปลี่ยนสัณฐานวิทยาของฟิล์มบาง ดังที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ ธาตุหายากสามารถปรับเปลี่ยนสัณฐานวิทยาของฟิล์มบางที่ประกอบด้วยออกไซด์ของโลหะได้ มีการบันทึกไว้เป็นอย่างดีว่าสัณฐานวิทยาของชั้นการลำเลียงประจุที่อยู่ด้านล่างมีอิทธิพลต่อสัณฐานวิทยาของชั้นเพอรอฟสไกต์และการสัมผัสกับชั้นการลำเลียงประจุ ตัวอย่างเช่น การเติมสารเจือปนด้วยไอออนของธาตุหายากจะป้องกันการรวมตัวของอนุภาคนาโน SnO2 ซึ่งอาจทำให้เกิดข้อบกพร่องทางโครงสร้างได้ และยังช่วยลดการเกิดผลึก NiOx ขนาดใหญ่ โดยสร้างชั้นผลึกที่สม่ำเสมอและแน่นหนา ดังนั้น จึงสามารถสร้างฟิล์มชั้นบางๆ ของสารเหล่านี้ได้โดยไม่มีข้อบกพร่องด้วยการเติมสารเจือปนด้วยธาตุหายาก นอกจากนี้ ชั้นนั่งร้านในเซลล์เพอรอฟสไกต์ที่มีโครงสร้างแบบเมโสพรอสมีบทบาทสำคัญในการสัมผัสระหว่างเพอรอฟสไกต์และชั้นขนส่งประจุในเซลล์แสงอาทิตย์ อนุภาคนาโนในโครงสร้างเหล่านี้อาจแสดงข้อบกพร่องทางสัณฐานวิทยาและขอบเกรนจำนวนมาก สิ่งนี้ทำให้เกิดการรวมตัวของประจุที่ไม่แผ่รังสีที่ไม่พึงประสงค์และร้ายแรง การเติมรูพรุนก็เป็นปัญหาเช่นกัน การเจือปนด้วยไอออนของธาตุหายากช่วยควบคุมการเติบโตของโครงนั่งร้านและลดข้อบกพร่อง ทำให้เกิดโครงสร้างนาโนที่เรียงตัวและสม่ำเสมอ การปรับปรุงโครงสร้างทางสัณฐานวิทยาของเพอรอฟสไกต์และชั้นการขนส่งประจุทำให้ไอออนของธาตุหายากสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมและเสถียรภาพของเซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์ ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานเชิงพาณิชย์ขนาดใหญ่มากขึ้น ความสำคัญของเซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์นั้นไม่สามารถมองข้ามได้ เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดนี้จะให้ความสามารถในการผลิตพลังงานที่เหนือกว่าด้วยต้นทุนที่ต่ำกว่าเซลล์แสงอาทิตย์ที่ใช้ซิลิกอนในท้องตลาดปัจจุบันมาก การศึกษาวิจัยได้แสดงให้เห็นว่าการเจือสารไอออนของแรร์เอิร์ธลงในเพอรอฟสไกต์ช่วยปรับปรุงคุณสมบัติของเซลล์แสงอาทิตย์ ซึ่งนำไปสู่การปรับปรุงประสิทธิภาพและความเสถียร ซึ่งหมายความว่าเซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์ที่มีประสิทธิภาพดีขึ้นนั้นใกล้ความเป็นจริงเข้าไปอีกขั้นแล้ว
เวลาโพสต์ : 04-07-2022 