美國(guó)實(shí)驗(yàn)室發(fā)明新光伏技術(shù)
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在科技的發(fā)展道路上,離不開(kāi)能源的助力,特別是再科技飛速發(fā)展的今天,而地球上的能源有限,就需要科研人員不斷開(kāi)發(fā)新能源,這就再當(dāng)下最需要研發(fā)太陽(yáng)能的使用。日前,美國(guó)可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)和北伊利諾伊大學(xué)(NIU)的研究人員開(kāi)發(fā)了一種高效的新興光伏技術(shù),用于隔離鈣鈦礦光伏電池中的鉛,該研究結(jié)果發(fā)表在2020年2月19日的nature雜志上。
晶硅組件含有鉛焊料,但鉛不溶于水;鈣鈦礦型太陽(yáng)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(xiàn)有的分析表明,這并不是一個(gè)大問(wèn)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(yán)重?fù)p壞后,超過(guò)96%的鉛泄漏能得到吸收和隔離處理。
含鉛問(wèn)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(yáng)能電池的最高光電轉(zhuǎn)化效率已接近25%。盡管有很多科學(xué)家嘗試使用無(wú)鉛鈣鈦礦電池,但其效率、穩(wěn)定性等都無(wú)法與含鉛鈣鈦礦電池相比,一般認(rèn)為,沒(méi)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(rèn)為,鈣鈦礦電池的含鉛量遠(yuǎn)比晶硅電池少。但是晶硅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(yè)認(rèn)為這是一個(gè)小問(wèn)題,而鈣鈦礦中使用的鉛則可溶于水。隨著鈣鈦礦光伏技術(shù)的快速進(jìn)步,人們預(yù)計(jì)將在兩年內(nèi)投入批量生產(chǎn),并改變太陽(yáng)能行業(yè)的格局。當(dāng)鈣鈦礦電池遭受極端的破壞時(shí),環(huán)保主義者擔(dān)心這些鉛會(huì)進(jìn)入水,并影響當(dāng)?shù)氐耐寥篮偷叵滤怠?
因此在全球研究人員嘗試開(kāi)發(fā)無(wú)鉛鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的同時(shí),美國(guó)NREL國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)始研究可顯著減少鈣鈦礦電池中鉛泄漏的技術(shù)。
吸收鉛,但不影響發(fā)電
NREL的科學(xué)家在研究中取得了重大進(jìn)展。研究人員通過(guò)在鈣鈦礦電池的正面和背面覆蓋鉛吸收膜的辦法來(lái)解決這種風(fēng)險(xiǎn)。研究成果表明,“在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中太陽(yáng)能電池受到嚴(yán)重?fù)p壞的情況下,吸鉛膜隔離了96%的鉛泄漏?!?
研究成果發(fā)布在《自然》雜志上,在論文《在裝置中螯合鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池中使用的鉛》中,研究人員在2.5×2.5cm鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的正面和背面涂了兩種不同的鉛吸收膜,這兩種膜都含有牢固結(jié)合鉛的膦酸基團(tuán),希望通過(guò)和鉛的螯合來(lái)捕獲光吸收層中微量的鉛。
涂有鉛吸收膜的鈣鈦礦電池正反面
之后,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(cè)遭到徹底的破壞。然后,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(shí)驗(yàn)中,“兩邊的吸鉛膜在浸水時(shí)會(huì)膨脹,同時(shí)吸收了鉛而不是溶解。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí),吸鉛薄膜仍保持了結(jié)構(gòu)完整性,因而吸收的鉛很容易被收集起來(lái)。結(jié)果發(fā)現(xiàn),這些吸收鉛的薄膜可以防止超過(guò)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(shù)的發(fā)電性能。太陽(yáng)能雖然可以產(chǎn)生很大能量,但是現(xiàn)在的技術(shù)還不足以保證人類所有的運(yùn)轉(zhuǎn),這就需要我們保護(hù)能源,從自己做起,從身邊的點(diǎn)滴做起,節(jié)約能源,是我們?nèi)祟惷恳粋€(gè)人應(yīng)盡的責(zé)任。