钙钛矿太阳能电池是目前可再生能源产生的研究重点。发表在杂志上的研究中国物理学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。
Study: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 cailak/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，将钙钛矿的层夹在前面的透明电极与电池背面的反射电极之间。
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，常规介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，这意味着它们不远，远远落后于常规的硅光伏太阳能电池。
To this end, rare-earth elements have been explored for applications in perovskite solar cells. They possess photophysical properties that overcome the problems. Using them in perovskite solar cells will therefore improve their properties, making them more viable for large-scale implementation for clean energy solutions.
How Rare Earth Elements Aid Perovskite Solar Cells
There are many advantageous properties that rare earth elements possess that can be used to improve the function of this new generation of solar cells. Firstly, oxidation and reduction potentials in rare-earth ions are reversible, reducing the target material’s own oxidation and reduction. Additionally, the thin-film formation can be regulated by the addition of these elements by coupling them with both perovskites and charge transport metal oxides.
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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靶材料中，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。
The advantages of this are twofold: it avoids the perovskites becoming damaged by high-intensity light and extends the material’s spectral response range. Using rare earth elements significantly improves the stability and efficiency of perovskite solar cells.
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可能导致结欧洲杯猜球平台构缺陷的纳米颗粒，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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Additionally, the scaffold layer in perovskite cells that have a mesoporous structure plays an important role in the contacts between the perovskite and charge transport layers in the solar cells. The nanoparticles in these structures can display morphological defects and numerous grain boundaries.
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，从而产生一致和均匀的纳米结构。
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。他们将提供比市场上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改善其性质，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更接近成为现实。
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]中国物理学b|iop欧洲杯线上买球science.com。可用网址：
https://iop欧洲杯线上买球science.iop.org/article/10.1088/1674-1056/ac373a/met
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