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清华大学:无毒材料可替代钙钛矿太阳能电池中的铅

信息来源:nooeoo.com   时间: 2019-07-02  浏览次数: 23

清华大学:无毒材料可替代钙钛矿太阳能电池中的铅

无毒材料可替代钙钛矿太阳能电池中的铅

目前,开发不含铅作成分的高效太阳能电池仍然是一项“艰巨的科学挑战”。

清华大学应用化学家林红教授及其同事在《先进材料科学与技术》杂志发表的一篇报告让人看到希望。

由钙钛矿制成的太阳能电池是具有特定晶体结构的化合物的集合,作为硅太阳能电池的更便宜的替代品,已经迅速发展。然而,基于钙钛矿的太阳能电池(PSC)仍然远未作为清洁可再生能源应用。其中一个主要缺点是它们通常含有铅作为吸收阳光以转化为电能的主要材料。

由于其高毒性和长的降解时间,铅污染可能导致长期的环境破坏。铅也对人类健康构成严重威胁,对神经和生殖系统有害。钙钛矿化合物容易溶于水,这意味着雨水或湿气会将铅释放到环境中。在制造和处理太阳能电池期间风险最大。此外,如果太阳能电池板在使用过程中受损,比如说在家里或学校的屋顶上,雨水可以将铅从建筑物中冲走,进入周围的院子或操场。

最近,研究人员研究用其他元素替代PSC中的铅,包括锡,锗,铋,锑,铜和锰。清华大学应用化学家林红教授及其同事提出:是否有可能在不影响效率和稳定性的情况下,用毒性较低的元素完全替代PSC中的铅?

在实验室测试中,基于铅的PSC将阳光转化为电能的效率达到了22.7%,使其接近研究级硅太阳能电池的25%效率。商用硅太阳能电池通常在15%至22%之间。

目前,最好的无铅PSC效率约为6%,对工业应用来说太低了;但当铅被部分更换时,效率可高达17%。锡基PSC显示出最有前景的功率转换效率。锡具有许多特性,使其适合作为铅替代品。例如,它具有类似的外部电子结构,但具有较小的离子半径,这意味着它可以形成相似的键而不会干扰晶格结构。

这一研究仍有许多工作要做,以提高PSC的效率和稳定性,并改进大规模生产方法。但是,鉴于这个领域很新兴且发展迅速,林红和她的同事们乐观地认为:铅可以而且必须完全被无毒元素所取代。

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