科学家开发出更安全的铅基钙钛矿太阳能电池

北伊利诺伊大学和美国能源部位于科罗拉多州戈尔登的国家可再生能源实验室(NREL)的研究人员今天(2月19日)在《自然》杂志上报道了在开发混合钙钛矿太阳能电池方面的潜在突破。

被认为是太阳能领域的上升星,钙钛矿型太阳能电池将光转化为电能.. 与传统的硅基太阳能电池相比,它们的生产成本可能更低、更简单,而且至少在实验室环境中小规模地证明了类似的效率水平。 但关键的挑战仍然存在,才能成为一种有竞争力的商业技术。

一个主要挑战是使用铅。 大多数性能最好的杂化钙钛矿太阳能电池含有水溶性铅,这引起了人们对受损电池潜在泄漏的担忧。

在NIU的陶旭和NREL的KaiZhu的领导下,一个科学家团队开发了一种技术,通过在太阳能电池的前后应用铅吸收膜来隔离用于制造钙钛矿太阳能电池的铅,并尽量减少潜在的毒性泄漏。

NIU的化学教授徐说:“铅毒性问题一直是钙钛矿型太阳能电池领域最令人烦恼的最后一英里挑战之一。” “我们认为,我们有一个非常有希望的办法来解决这个问题,这可能是一个游戏的改变者。

“在电池受损时,我们的装置捕获了大部分铅,防止铅渗入地下水和土壤。 我们使用的薄膜不溶于水。

科学家说,在实验室环境中太阳电池受到严重破坏的情况下,铅吸收膜会隔离96%的铅泄漏。 他们的实验进一步表明,铅吸收层不会对电池的性能或长期运行稳定性产生负面影响..

钙钛矿太阳能电池之所以如此命名,是因为它们使用的一类晶体结构类似于在称为钙钛矿的矿物中发现的晶体结构.. 这些太阳能电池中的钙钛矿结构化合物最常见的是一种杂化的有机-无机卤化铅基材料。

大约十年前,科学家们开始研究这些晶体结构,用于太阳能电池,并迅速提高了太阳能转换效率。 传统的硅太阳能电池是用高温精确的工艺生产的,而钙钛矿则可以用室温化学溶液制造。

徐说,新开发的“设备上隔离方法”可以很容易地与目前的钙钛矿太阳能电池配置结合起来。

一种透明的吸铅膜应用于太阳能电池正面的导电玻璃上.. 固存膜含有较强的铅结合膦酸基团,但不妨碍细胞捕获光。 一种较便宜的聚合物膜与铅螯合剂混合在背金属电极上,不需要透明度。

徐说:“这些材料是现成的,但从来没有用过。” “光必须进入细胞才能被钙钛矿层吸收,而正面的薄膜实际上是一种增透剂,提高了透明度。”

铅泄漏的测试包括锤击和粉碎2.5-x-2.5厘米电池的正面玻璃,并用剃须刀刀片划伤太阳能电池的背面,然后将其浸入水中。 这些薄膜可以吸收绝大多数铅在严重受损的细胞由于水进入。

NREL的高级科学家朱说:“值得注意的是,所证明的铅测序方法也适用于其它以钙钛矿为基础的技术,如固态照明、显示和传感器应用。”

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