北伊利诺伊大学太阳能电池研究人员Xun Li(左)和Tao Xu。
两块太阳能电池样品，右侧样品的背面涂覆有保护性铅吸收膜。
《自然》杂志2月19日报道，美国北伊利诺伊大学（NIU）和美国能源部国家可再生能源实验室（NREL@DOE）的研究人员在混合钙钛矿太阳能电池领域取得了突破性进展。
钙钛矿太阳能电池被公认为太阳能领域的后起之秀。与传统的硅基太阳能电池相比，它们的生产成本更低、结构更加单，并且在小规模实验室测试中表现出良好的效率。然而，钙钛矿太阳能电池的商业化之路，还存在诸多挑战。其中最主要的挑战是铅的使用。大多数性能较好的钙钛矿太阳能电池都含有水溶性铅，这引发了科学家们对受损电池铅泄漏的忧虑。
NIU研究人员Tao Xu和NREL研究人员Kai Zhu等开发了一种能够螯合钙钛矿太阳能电池中铅的新技术——电池正反面涂装的铅吸收膜能降低潜在的铅泄漏风险。Xu说：“铅的毒性一直是困扰钙钛矿太阳能电池发展的主要问题之一。我们的方案很有希望解决这个难题。太阳能电池损坏后，非水溶性的吸收膜会捕获大部分铅，防止其渗入地下水网和土壤中。”
Xu等表示，在实验室条件下，当太阳能电池严重损坏时，吸收薄膜螯合了96%的泄漏铅。更重要的是，铅吸收层不会对电池性能产生负面影响。
Xu说：“我们提出的‘设备上螯合法’与现有钙钛矿太阳能电池技术有良好的兼容性。透明的铅吸收膜涂覆在电池正面的导电玻璃上。这层膜虽然含有能与铅强螯合的膦酸基团，但并不会影响电池的捕光性能。电池背面金属电极上涂覆的是一种混合了铅螯合剂的廉价聚合物膜。这层膜无需透明。这些材料都是现成的，但此前从未被考虑用于解决这个问题。正面的薄膜不仅有保护作用，还起到了抗反射作用，略微提高了透明度，使光线能更好地被钙钛矿层吸收。”
NREL高级科学家Zhu补充说：“值得注意的是，这种螯合保护法也适用于其他基于钙钛矿的技术，如固态照明和传感器。”
目前，研究人员已经为吸铅薄膜申请了专利保护。论文其他作者还包括NIU研究生Xun Li和瓦尔帕莱索大学研究人员Haiying He等。
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编译：雷鑫宇
审稿：alone
责编：唐林芳
期刊来源：《自然》
期刊编号：0028-0836
原文链接：
https://newsroom.niu.edu/2020/02/19/scientists-develop-safer-lead-based-perovskite-solar-cell/
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