美國(guó)實(shí)驗(yàn)室發(fā)明新光伏技術(shù)

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。