Wissenschaftler des National Renewable Energy Laboratory (NREL) und der Northern Illinois University (NIU) haben erfolgreich verhindert, dass Blei beschädigte Perowskit-Solarzellen entweicht. Die Forschungsanstrengungen sind ihre neueste Arbeit, um Bedenken hinsichtlich einer möglichen Bleitoxizität auszuräumen.
Die lichtabsorbierende Schicht in Perowskit-Solarzellen enthält eine geringe Menge Blei. Das einfache Einkapseln von Solarzellen verhindert nicht das Auslaufen von Blei, wenn das Gerät durch widrige Wetterbedingungen, wie beispielsweise einen Hagelschlag, beschädigt werden sollte. Stattdessen hält die chemische Absorption den Schlüssel.
Die Forscher berichten, dass sie mehr als 99,9 % der Leckage auffangen können. Ihre Ergebnisse in einem Artikel mit dem Titel „On-device bleiabsorbierende Bänder für nachhaltige Perowskit-Solarzellen“ erscheint in der Zeitschrift Natur Nachhaltigkeit.
Die Autoren sind Fei Zhang, Jinhui Tong und Kai Zhu von NREL; und Xun Li, Jianxin Wang und Tao Xu von NIU.
„Es ist wertvoll, einen Ansatz zu entwickeln, der auf verschiedene Konfigurationen von Perowskit-Solarzellen angewendet werden kann“, sagte Zhu.
Zhu und einige der gleichen Forscher im Jahr 2020 berichtet über erfolgreiche Experimente bei der Sequestration von Blei, falls eine Perowskitzelle beschädigt wird. Sie entwickelten bleiabsorbierende Filme, brachten sie auf die beiden Seiten einer Zelle auf, zerschmetterten sie dann mit einem Hammer und schlitzten sie mit einem Messer auf. Die beschädigte Zelle wurde dann in Wasser eingetaucht. Die Wissenschaftler fanden heraus, dass die Filme mehr als 96 % des Bleis daran hindern, ins Wasser zu gelangen.
Forscher an anderer Stelle gingen dem Leitproblem nach und entwickelten ein Harz, das in eine Perowskit-Solarzelle eingebaut werden könnte. Aber, wie die NREL- und NIU-Wissenschaftler feststellten: „Diese zusätzlichen Modifikationen könnten die Herstellung und Konfiguration des Geräts komplizieren und möglicherweise die Geräteleistung und das Scale-up einschränken.“
Stattdessen, so die Autoren in der Veröffentlichung, sei es besser, langlebige und hocheffiziente bleiabsorbierende Komponenten zu entwickeln, die als Zubehör „bequem“ auf der Perowskit-Solarzelle montiert werden können.
Die Wissenschaftler von NREL und NIU glauben, eine Lösung gefunden zu haben, indem sie einen bandförmigen chemischen Absorptionsansatz verwenden, der leicht auf beiden Seiten einer Perowskit-Solarzelle installiert werden kann. In einer Reihe von Tests erfassten die Bänder fast die gesamte Bleileckage, ohne die Leistung und den Betrieb der Zelle zu beeinträchtigen. Die Bänder bestanden aus einem standardmäßigen Solarethylenvinylacetat (EVA)-Film und einer vorlaminierten Di(2-ethylhexyl)methandiphosphonsäureschicht.
Nach der Beschädigung der Perowskit-Solarzellen führten die Wissenschaftler eine Reihe von Tests durch, um zu quantifizieren, wie viel Blei ins Wasser entweichen würde. In einem Experiment betrug die Bleikonzentration im Wasser, die auf das beschädigte Gerät fiel, durchschnittlich etwa 19,14 Teile pro Million. Das Band brachte diese Zahl auf 2,13 Teile pro Milliarde. Um diese Zahl in einen Kontext zu setzen, hält die Environmental Protection Agency Wasser für unbedenklich, wenn der Bleigehalt weniger als 15 Teile pro Milliarde beträgt.
“Da EVA in großem Umfang als kostengünstiges und langlebiges Verkapselungsmaterial für siliziumbasierte Solarmodule verwendet wird, bietet die Integration von bleiabsorbierenden Materialien mit EVA eine industriell fertige und eigenständige Komponente, um die zukünftige Markteinführung von Perowskit-Solarzellen zu erleichtern “, sagte Xu.
Das Solar Energy Technology Office des Department of Energy finanzierte die Forschung.
Artikel mit freundlicher Genehmigung von Nationales Labor für erneuerbare Energien (NREL).
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