日前，美國可再生能源實驗室(NREL)和北伊利諾伊大學(NIU)的研究人員開發了一種高效的新興光伏技術，用於隔離鈣鈦礦光伏電池中的鉛，該研究結果發表在2020年2月19日的nature雜誌上。
晶矽組件含有鉛焊料，但鉛不溶於水;鈣鈦礦型太陽能電池的吸收層中含有少量的鉛，鈣鈦礦中使用的鉛可以溶解在水中。雖然現有的分析表明，這並不是一個大問題，然而研究人員仍找到了一種方法，可確保鉛基鈣鈦礦電池器件嚴重損壞後，超過96%的鉛泄漏能得到吸收和隔離處理。
含鉛問題的困擾
鈣鈦礦電池，不含鈣，不含鈦，卻含有鉛。鉛基鈣鈦礦太陽能電池的最高光電轉化效率已接近25%。儘管有很多科學家嘗試使用無鉛鈣鈦礦電池，但其效率、穩定性等都無法與含鉛鈣鈦礦電池相比，一般認為，沒有鉛的電池效率將降低一半。
一些鈣鈦礦電池的研究人員認為，鈣鈦礦電池的含鉛量遠比晶矽電池少。但是晶矽光伏電池所包含的鉛焊料不是水溶性的，鉛的浸出量很少，因此行業認為這是一個小問題，而鈣鈦礦中使用的鉛則可溶於水。隨著鈣鈦礦光伏技術的快速進步，人們預計將在兩年內投入批量生產，並改變太陽能行業的格局。當鈣鈦礦電池遭受極端的破壞時，環保主義者擔心這些鉛會進入水，並影響當地的土壤和地下水系。
因此在全球研究人員嘗試開發無鉛鈣鈦礦太陽能電池的同時，美國NREL國家實驗室的研究團隊開始研究可顯著減少鈣鈦礦電池中鉛泄漏的技術。
吸收鉛，但不影響發電
NREL的科學家在研究中取得了重大進展。研究人員通過在鈣鈦礦電池的正面和背面覆蓋鉛吸收膜的辦法來解決這種風險。研究成果表明，「在實驗室環境中太陽能電池受到嚴重損壞的情況下，吸鉛膜隔離了96%的鉛泄漏。」
研究成果發布在《自然》雜誌上，在論文《在裝置中螯合鈣鈦礦型太陽能電池中使用的鉛》中，研究人員在2.5×2.5cm鈣鈦礦太陽能電池的正面和背面塗了兩種不同的鉛吸收膜，這兩種膜都含有牢固結合鉛的膦酸基團，希望通過和鉛的螯合來捕獲光吸收層中微量的鉛。
塗有鉛吸收膜的鈣鈦礦電池正反面
之後，研究人員用錘子將電池的正面砸碎，用刀將電池的背面刮壞，電池的兩側遭到徹底的破壞。然後，研究人員將受損的電池浸入各種類型的水中，包括純水，酸性水，甚至流水以模擬大雨。
實驗中，「兩邊的吸鉛膜在浸水時會膨脹，同時吸收了鉛而不是溶解。實驗結束時，吸鉛薄膜仍保持了結構完整性，因而吸收的鉛很容易被收集起來。結果發現，這些吸收鉛的薄膜可以防止超過96%的鉛從受損電池泄漏到水中。
研究人員表示鉛吸收膜不影響這種高效新興光伏電池技術的發電性能。
原標題：鈣鈦礦太陽能電池再登nature 美國可再生能源實驗室發明新光伏技術
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