Selvhelbredende polymer bringer perovskite-solteknologi tættere på markedet

Et beskyttende lag af epoxyharpiks hjælper med at forhindre lækage af forurenende stoffer fra perovskit-solceller (PSC'er), ifølge videnskabsmænd fra Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST). Tilføjelse af en "selvhelbredende" polymer til toppen af ​​en PSC kan radikalt reducere, hvor meget bly den udleder i miljøet. Dette giver et stærkt løft til mulighederne for kommercialisering af teknologien.

Med atmosfæriske kuldioxidniveauer, der når deres højeste registrerede niveauer i historien, og ekstreme vejrbegivenheder fortsætter med at stige i antal, verden bevæger sig væk fra gamle energisystemer, der er afhængige af fossile brændstoffer, til vedvarende energi, såsom solenergi. Perovskite solteknologi er lovende, men en vigtig udfordring for kommercialisering er, at det kan frigive forurenende stoffer som bly til miljøet - især under ekstreme vejrforhold.

"Selvom PSC'er er effektive til at omdanne sollys til elektricitet til en overkommelig pris, det faktum, at de indeholder bly, giver anledning til betydelig miljømæssig bekymring, " forklarer professor Yabing Qi, leder af Enheden for Energimaterialer og Overfladevidenskab, hvem ledede undersøgelsen, udgivet i Naturenergi .

"Mens såkaldt 'blyfri' teknologi er værd at udforske, den har endnu ikke opnået effektivitet og stabilitet, der kan sammenlignes med lead-baserede tilgange. At finde måder at bruge bly i PSC'er og samtidig forhindre det i at lække ud i miljøet, derfor, er et afgørende skridt for kommercialisering."

Test til destruktion

Qi's team, understøttet af OIST Technology Development and Innovation Center's Proof-of-Concept-program, undersøgte først indkapslingsmetoder til at tilføje beskyttende lag til PSC'er for at forstå, hvilke materialer der bedst kunne forhindre lækage af bly. De udsatte celler indkapslet med forskellige materialer for mange forhold designet til at simulere den slags vejr, som cellerne ville blive udsat for i virkeligheden.

De ønskede at teste solcellerne i et værst tænkeligt vejrscenarie, at forstå den maksimale blylækage, der kan forekomme. Først, de smadrede solcellerne ved hjælp af en stor kugle, efterligner ekstrem hagl, der kunne nedbryde deres struktur og tillade bly at blive lækket. Næste, de overhældte cellerne med surt vand, at simulere det regnvand, der ville transportere lækket bly ud i miljøet.

Ved hjælp af massespektroskopi, holdet analyserede den sure regn for at bestemme, hvor meget bly, der lækkede fra cellerne. De fandt ud af, at et epoxyharpikslag kun tillod minimal blylækage - størrelsesordener lavere end de andre materialer.

Muliggør kommerciel levedygtighed

Epoxyharpiks klarede sig også bedst under en række vejrforhold, hvor sollys, regnvand og temperatur blev ændret for at simulere de miljøer, hvor PSC'er skal fungere. I alle scenarier, inklusive ekstrem regn, epoxyharpiks udkonkurrerede rivaliserende indkapslingsmaterialer.

Epoxyharpiks fungerer så godt på grund af dets "selvhelbredende" egenskaber. Efter at dens struktur er beskadiget af hagl, for eksempel, polymeren reformerer delvist sin oprindelige form, når den opvarmes af sollys. Dette begrænser mængden af ​​bly, der lækker inde fra cellen. Denne selvhelbredende egenskab kan gøre epoxyharpiks til det foretrukne indkapslingslag for fremtidige solcelleprodukter.

"Epoxyharpiks er bestemt en stærk kandidat, endnu andre selvhelbredende polymerer kan være endnu bedre, "forklarer Qi." På dette stadium, vi er glade for at kunne fremme standarder for solcelleindustrien, og at bringe sikkerheden ved denne teknologi ind i diskussionen. Næste, vi kan bygge på disse data for at bekræfte, hvilken polymer der virkelig er den bedste."

Ud over blylækage, en anden udfordring bliver at opskalere perovskit-solceller til perovskite-solpaneler. Mens celler kun er nogle få centimeter lange, paneler kan strække sig over et par meter, og vil være mere relevant for potentielle forbrugere. Holdet vil også rette deres opmærksomhed mod den langvarige udfordring med lagring af vedvarende energi.