生物支架隔离受损钙钛矿太阳能电池中的铅

英国科学家已经研制出钙钛矿太阳能电池，如果电池受到损伤，它可以隔离可溶性铅离子。通过最大限度地减少铅泄漏到环境中的机会，故障安全系统可以增加钙钛矿太阳能电池的商业前景。

在钙钛矿太阳能电池大规模部署之前，有两个问题需要解决。“其中一个是稳定性问题，另一个实际上是主要问题，”他解释道布莱恩•桑德斯来自曼彻斯特大学。“我们正在努力解决铅的问题。“虽然有研究无铅钙钛矿太阳能电池，效率最高的钙钛矿电池在光活性层中含有约30%的铅，这是吸收光并将其转化为电能的部分。

Saunders和他的同事设计的钙钛矿太阳能电池包括由TiO组成的介孔支架₂纳米粒子和羟基磷灰石纳米粒子。羟基磷灰石是磷酸钙的结晶形式，也是骨骼的主要成分。正如铅可以取代骨骼中的钙一样，研究小组发现，如果他们的钙钛矿细胞受损(例如被冰雹破坏)，然后浸入水中，羟基磷灰石中的钙离子就会与钙钛矿中的铅离子交换。这将羟基磷灰石转化为羟基磷灰石，防止铅被释放到环境中。他们发现，使用70%的羟基磷灰石和30%的TiO₂在电子传递层中得到了最好的结果。

以前在钙钛矿太阳能电池中隔离铅的方法主要集中在聚合物上，聚合物在吸收铅时膨胀。然而，如果电池被破坏或丢弃，聚合物的机械完整性和寿命就会受到影响。此外，合成羟基磷灰石具有更高的密度，因此在单位面积上可以比聚合物吸收更多的铅，并将铅作为惰性无机矿物安全地储存。

出乎意料的是，添加羟基磷灰石也提高了钙钛矿太阳能电池的效率——从不使用羟基磷灰石时的17.76%，到添加70%羟基磷灰石时的20.98%。进一步的研究表明，在电子传递基质中加入羟基磷灰石会导致更大的晶粒尺寸。这降低了晶界表面积和陷阱密度，减少了晶界缺陷的数量。

钙钛矿太阳能电池专家对这项工作印象深刻。“这项研究为钙钛矿光伏技术安全部署的设备内铅隔离设计提供了有价值的见解，”评论道他气他来自日本冲绳科技大学研究生院。和Trystan沃森英国斯旺西大学的教授说，这“代表了重要的一步，让人们相信这些新兴材料可以应用到我们的屋顶上。”

该团队现在打算优化该设备，使其能够捕获100%的铅离子，同时提高其能量转换效率。