Ett skyddande lager av epoxiharts hjälper till att förhindra läckage av föroreningar från perovskit solceller (PSC), enligt forskare från Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST). Att lägga till en "självläkande" polymer till toppen av en PSC kan radikalt minska hur mycket bly det släpper ut i miljön. Detta ger ett starkt uppsving till möjligheterna att kommersialisera tekniken.

Med atmosfäriska koldioxidhalter som når sina högsta registrerade nivåer i historien, och extrema väderhändelser fortsätter att öka i antal, världen går bort från äldre energisystem som förlitar sig på fossila bränslen mot förnybara energikällor som solceller. Perovskits solteknologi är lovande, men en viktig utmaning för kommersialiseringen är att den kan släppa ut föroreningar som bly i miljön - särskilt under extrema väderförhållanden.

"Även om PSC är effektiva för att omvandla solljus till el till en överkomlig kostnad, det faktum att de innehåller bly väcker stor miljöhänsyn, "förklarar professor Yabing Qi, chef för enheten för energimaterial och ytvetenskap, som ledde studien, publicerad i Naturenergi .

"Medan så kallad" blyfri "teknik är värd att utforska, den har ännu inte uppnått effektivitet och stabilitet jämförbar med blybaserade metoder. Hitta sätt att använda bly i PSC:er samtidigt som det inte läcker ut i miljön, därför, är ett avgörande steg för kommersialisering. "

Testar till förstörelse

Qis team, stöds av OIST Technology Development and Innovation Center's Proof-of-Concept-program, undersökte först inkapslingsmetoder för att lägga till skyddande lager till PSC för att förstå vilka material som bäst kan förhindra läckage av bly. De exponerade celler inkapslade med olika material för många förhållanden utformade för att simulera det väder som cellerna skulle utsättas för i verkligheten.

De ville testa solcellerna i ett värsta scenariot, för att förstå det maximala blyläckaget som kan uppstå. Först, de krossade solcellerna med en stor boll, härma extremt hagel som kan bryta ner deras struktur och tillåta läckage. Nästa, de doused cellerna med surt vatten, att simulera regnvattnet som skulle transportera läckt bly till miljön.

Med masspektroskopi, teamet analyserade det sura regnet för att avgöra hur mycket bly som läckt ut från cellerna. De fann att ett epoxihartskikt endast tillät minimalt blyläckage - storleksordningar lägre än de andra materialen.

Möjliggör kommersiell lönsamhet

Epoxiharts fungerade också bäst under ett antal väderförhållanden där solljus, regnvatten och temperatur ändrades för att simulera de miljöer där PSC måste fungera. I alla scenarier, inklusive extremt regn, epoxiharts överträffade rivaliserande inkapslingsmaterial.

Epoxiharts fungerar så bra på grund av dess "självläkande" egenskaper. Efter att dess struktur har skadats av hagel, till exempel, polymeren reformerar delvis sin ursprungliga form när den värms upp av solljus. Detta begränsar mängden bly som läcker inifrån cellen. Denna självläkande egenskap kan göra epoxiharts till det inkapslingsskikt som valts för framtida solcellsprodukter.

"Epoxiharts är verkligen en stark kandidat, ännu andra självläkande polymerer kan vara ännu bättre, "förklarar Qi." I detta skede, vi är glada över att marknadsföra solcellsindustrin, och ta med säkerheten för denna teknik i diskussionen. Nästa, Vi kan bygga vidare på dessa data för att bekräfta vilken som verkligen är den bästa polymeren. "

Utöver blyläckage, en annan utmaning blir att skala upp perovskitsolceller till perovskitsolpaneler. Även om cellerna bara är några centimeter långa, paneler kan sträcka sig över några meter, och kommer att vara mer relevant för potentiella konsumenter. Teamet kommer också att rikta sin uppmärksamhet på den mångåriga utmaningen med lagring av förnybar energi.