随着大气二氧化碳水平达到历史最高记录水平，极端天气事件数量不断增加，世界正逐渐从依赖化石燃料的传统能源系统转向太阳能等可再生能源。钙钛矿太阳能技术很有前景,但商业化的一个关键挑战是它可能会将铅等污染物释放到环境中-特别是在极端天气条件下。
“尽管PSC能够以可承受的成本将太阳光转化为电能，但它们含铅的事实引|起了相当大的环境问题，”能源材料和表面科学部负责人Yabing Qi教授解释说，该研究发表在“自然”杂志上。
“虽然所谓的'无铅技术值得探索，但它尚未达到与基于铅的方法相当的效率和稳定性。因此,找到在PSC中使用铅同时防止其泄漏到环境中的方法，是商业化的关键步骤。”
测试破坏
Qi的团队在OIST技术开发和创新中心的概念验证计划的支持下，首先探索了为PSC添加保护层的封装方法，以了解哪种材料可以最好地防止铅的泄漏。他们将用不同材料封装的细胞暴露在许多条件下，这些条件旨在模拟电池在现实中暴露的各种天气。
他们希望在最恶劣的天气情况下测试太阳能电池，以了解可能发生的最大铅泄漏。首先，他们用一个大球砸碎太阳能电池，模仿极端冰雹,可能会破坏其结构并导致铅泄漏。接下来，他们用酸性水浸泡细胞，以模拟将泄漏的铅转移到环境中的雨水。
利用质谱分析，该团队分析了酸性雨水,以确定从细胞中泄漏的铅量。他们发现环氧树脂层提供的铅泄漏最小-比其他材料低几个数量级。
实现商业可行性
环氧树脂在许多天气条件下表现最佳，其中阳光，雨水和温度被改变以模拟PSC必须操作的环境。在所有情况下，包括极端降雨，环氧树脂都优于竞争对手的封装材料。
环氧树脂由于其“自我修复”特性而工作得很好。例如，在其结构被冰雹损坏后，聚合物在被太阳光加热时部分地重新形成其原始形状。这限制了从电池内部泄漏的铅的量。这种自愈性能使环氧树脂成为未来光伏产品的首选封装层。
“环氧树脂肯定是一一个强有力的候选者,但其他自愈合聚合物可能更好，”齐解释说。"在这 个阶段,我们很高兴推广光伏行业标准，并将这项技术的安全性纳入讨论。接下来，我们可以在这些数据的基础上确认哪种是真正最好的聚合物。”
除铅泄漏外，另一个挑战是将钙钛矿太阳能电池放大到钙钛矿太阳能电池板。虽然电池只有几厘米长，但面板可以跨越几米，并且与潜在消费者更相关。该团队还将关注可再生能源存储的长期挑战。
