Potentialet for ikke-giftige materialer til at erstatte bly i perovskit-solceller

At udvikle effektive solceller uden bly som hovedkomponent er fortsat en "formidabel videnskabelig udfordring, " ifølge en anmeldelse i tidsskriftet Videnskab og teknologi af avancerede materialer .

Solceller fremstillet af perovskitter, en samling af forbindelser med en bestemt krystalstruktur, har udviklet sig hurtigt som et billigere alternativ til siliciumsolceller. Imidlertid, perovskit-baserede solceller (PSC'er) er stadig langt fra industriel anvendelse som en ren vedvarende energikilde. En stor ulempe er, at de normalt indeholder bly som det primære materiale, der absorberer sollys til omdannelse til elektricitet.

Blyforurening kan resultere i langsigtede miljøskader på grund af dets høje toksicitet og lange nedbrydningstid. Bly udgør også en alvorlig trussel mod menneskers sundhed, er skadelig for nervesystemet og forplantningssystemet. Silicium solpaneler kan indeholde spor af bly i glasset, der omslutter cellernes aktive komponenter, men det er uopløseligt. I modsætning, perovskitforbindelser opløses let i vand, hvilket betyder, at regn eller fugtighed kan frigive bly i miljøet. Risikoen er størst ved fremstilling og bortskaffelse af solceller. Også, hvis solpaneler er beskadiget, mens de stadig er i brug, sige på et hjem eller skole tag, regn kunne skylle bly af bygningen og ind i den omkringliggende gårdhave eller legeplads.

For nylig, forskere har undersøgt udskiftning af bly i PSC'er med andre elementer, herunder tin, germanium, vismut, antimon, kobber og mangan. Hong Lin, en anvendt kemiker ved Tsinghua University i Kina, og kolleger gennemgik fremskridtet med blyfri PSC'er for at stille et nøglespørgsmål:Er det muligt fuldt ud at erstatte bly i PSC'er med mindre giftige elementer uden at gå på kompromis med effektiviteten og stabiliteten?

Blybaserede PSC'er har nået en effektivitet på 22,7 procent til konvertering af sollys til elektricitet i laboratorietest, bringer dem tæt på effektiviteten på 25 procent af siliciumsolceller af forskningskvalitet. Kommercielle siliciumsolceller varierer normalt mellem 15 procent og 22 procent.

På nuværende tidspunkt, de bedste blyfrie PSC'er har cirka 6 procent effektivitet, hvilket er for lavt til industrielle anvendelser; men effektiviteten kan være så høj som 17 procent, når bly delvist udskiftes. Tinbaserede PSC'er viser den mest lovende effektkonverteringseffektivitet. Tin har mange egenskaber, der gør det velegnet som blyerstatning. For eksempel, det har en lignende ydre elektronskalstruktur som bly, men har en mindre ionradius, hvilket betyder, at det kan danne lignende bindinger uden at forstyrre krystalgitterstrukturen. Forskellige tinbaserede PSC'er er blevet testet, ved at kombinere tin med elementer som cæsium for at danne molekyler med unikke egenskaber.

Der er meget arbejde tilbage for at øge PSC effektivitet og stabilitet, og at forbedre metoder til masseproduktion. Men, i betragtning af at området er ungt, og fremskridtene har været hurtige, Lin og hendes kolleger er optimistiske med, at "bly kan, og skal, fuldstændigt erstattet af ikke-giftige elementer."