Защитный слой эпоксидной смолы помогает предотвратить утечку загрязняющих веществ из перовскитных солнечных элементов (PSC), сообщают ученые из Окинавского института науки и технологий. Добавление «самовосстанавливающегося» полимера в верхнюю часть PSC может радикально уменьшить количество свинца, выбрасываемого в окружающую среду. Это сильно повышает перспективы коммерциализации технологии.
С учетом того, что уровни углекислого газа в атмосфере достигли самого высокого зарегистрированного уровня в истории, а число экстремальных погодных явлений продолжает расти, мир переходит от традиционных энергетических систем, основанных на ископаемом топливе, к возобновляемым источникам энергии, таким как солнечная энергия. Солнечная технология на основе перовскита является многообещающей, но одна из основных проблем коммерциализации заключается в том, что она может выбрасывать в окружающую среду такие загрязняющие вещества, как свинец, особенно в экстремальных погодных условиях.
«Хотя PSC эффективно преобразовывают солнечный свет в электричество по доступной цене, тот факт, что они содержат свинец, вызывает серьезную экологическую озабоченность», - объясняет профессор Ябин Ци, глава отдела энергетических материалов и исследований поверхности, который возглавлял исследование. исследование, опубликованное в Nature Energy.
Хотя так называемая бессвинцовая технология заслуживает изучения, она еще не достигла эффективности и стабильности, сравнимых с подходами, основанными на использовании свинца. Поиск способов использования свинца в PSC без его утечки в окружающую среду, следовательно, является важным шагом для коммерциализации».
Испытание на уничтожение
Команда Qi при поддержке программы Proof-of-Concept Центра развития технологий и инноваций OIST сначала изучила методы инкапсуляции для добавления защитных слоев к PSC, чтобы понять, какие материалы могут лучше всего предотвратить утечку свинца. Они подвергали клетки, инкапсулированные различными материалами, различным условиям, предназначенным для имитации погодных условий, которым клетки подвергались бы в реальности.
Они хотели протестировать солнечные элементы при наихудшем сценарии погоды, чтобы понять максимальную утечку свинца, которая может произойти. Во-первых, они разбили солнечные элементы, используя большой шар, имитируя сильный град, который мог разрушить их структуру и привести к утечке свинца. Затем они облили камеры кислой водой, чтобы имитировать дождевую воду, которая переносит просочившийся свинец в окружающую среду.
Используя масс-спектроскопию, команда проанализировала кислотный дождь, чтобы определить, сколько свинца просочилось из клеток. Они обнаружили, что слой эпоксидной смолы обеспечивает минимальную утечку свинца - на несколько порядков меньше, чем другие материалы.
Обеспечение коммерческой жизнеспособности
Эпоксидная смола также лучше всего показала себя в ряде погодных условий, в которых солнечный свет, дождевая вода и температура были изменены, чтобы имитировать условия, в которых должны работать PSC. Во всех сценариях, включая экстремальный дождь, эпоксидная смола превосходит конкурирующие герметизирующие материалы.
Эпоксидная смола работала так хорошо благодаря своим свойствам «самовосстановления». Например, после того, как его структура повреждена градом, полимер частично восстанавливает свою первоначальную форму при нагревании солнечным светом. Это ограничивает количество свинца, вытекающего из клетки. Это свойство самовосстановления может сделать эпоксидную смолу предпочтительным герметизирующим слоем для будущих фотогальванических продуктов.
«Эпоксидная смола, безусловно, хороший кандидат, но другие самовосстанавливающиеся полимеры могут быть еще лучше», - объясняет Ци. «На данном этапе мы рады продвигать стандарты фотоэлектрической промышленности и обсуждать безопасность этой технологии. Затем мы можем опираться на эти данные, чтобы подтвердить, какой полимер действительно лучший».
Помимо утечки свинца, еще одной проблемой будет превращение солнечных элементов из перовскита в солнечные панели из перовскита. В то время как длина ячеек составляет всего несколько сантиметров, панели могут занимать несколько метров и будут более актуальны для потенциальных потребителей. Команда также обратит внимание на давнюю проблему хранения возобновляемой энергии.