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自愈材料堵住钙钛矿太阳能“伤口”,日晒雨淋免担心有毒物铅外泄

2024-12-26 215

转换效率高、制造成本低,这些优势让钙钛矿太阳能成为备受瞩目的新技术,不过与此同时,其中含有的有毒物质铅也令人苦恼,不少团队担心太阳能板破裂后,下雨时铅物质会从模组“伤口”流出,进而损害环境。

那如果说铅不会外泄,钙钛矿的进展是否能踩油门?

近年来为了加快钙钛矿商业化进程,许多科学家都想研发出不含铅、或是铅含量较少的钙钛矿太阳能,但以转换效率来说,含铅钙钛矿太阳能仍略胜一筹。有鉴于此,日本冲绳科学技术大学院大学(OIST)决定换一种角度来思考,就像在太阳能板贴上 OK 绷一样,他们决定在电池封装过程添加自修复(Self-healing)聚合物材料,让电池表面伤口自行愈合,避免铅外泄。

不过聚合物材料那么多,哪种材料才能堵住有毒物质铅、又能提高光电效益?团队首先在电池封装过程中添加不同聚合物,之后为了模拟户外狂风暴雨等极端环境,他们先用球来模拟冰雹,把电池表面敲碎,再以酸性水来当作雨水,来看看最终哪个材料能有效防止铅外泄。

▲ 饱受摧残的钙钛矿太阳能电池。

团队研究分析后,最后人造树脂(Epoxy resins)胜出,不仅耐光、自愈性质佳,以铅外泄量来看,人造树酯也比其他材料还要低几个数量级。

若是一般钙钛矿电池表面被敲碎,日晒雨淋状态下铅外泄可能性非常高,但是在该实验中,人造树脂聚合物即使受损也不要紧,晒一晒太阳加热后部分又能恢复原状,进而减少铅外泄。

有鉴于人造树脂的自愈特性,或许能成为未来太阳能封装层首选材料,OIST 能源材料与表面科学助理教授戚亚冰(Yabing Qi)指出,人造树脂固然是个强大的候选材料,不过或许还有其他可能性,随着未来不断推广光电产业标准以及讨论铅外泄安全性,未来人们也能打造数据库,一同研究哪个才是最佳的封装材料。

不过解决钙钛矿电池含铅、外泄等问题后,也不代表钙钛矿太阳能就能顺顺利利迈向大规模商业化,钙钛矿太阳能还有短命与不耐光、水等问题,虽然先前戚亚冰团队已经研发出效率达 20.2%、寿命约 600 多小时的钙钛矿电池,然而一旦将尺寸从长宽 0.1 毫米扩大到 5 公分,转换效率与寿命就会下降至 12% 与 515 小时。

显然距离钙钛矿太阳能商业化并大规模发展,还是有一大段距离,不过根据 EnergyTrend 分析评论,钙钛矿电池已经在上月的上海新能源展会 SNEC 亮相,已是一大技术亮点与进步。

  • “Self-Healing” Polymer Brings Perovskite Solar Closer to Market

(首图来源:OIST)

延伸阅读:

  • 朝商业化迈进,新型长寿钙钛矿电池效率达 20.2%
  • 钙钛矿太阳能又有新进展,新电池运作 800 小时不衰退
2019-06-23 09:13:00

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