...

Zwiększanie bezpieczeństwa perowskitowych ogniw fotowoltaicznych

10 listopada 2021
Zwiększanie bezpieczeństwa perowskitowych ogniw fotowoltaicznych

Chociaż stanowią bardzo obiecujące rozwiązanie do przechwytywania i konwersji energii słonecznej, perowskitowe ogniwa fotowoltaiczne zawierają ołów, który jest toksyczny dla środowiska i może poważnie szkodzić zdrowiu.

Zespół naukowców z École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) w Szwajcarii opracował skuteczne rozwiązanie głównego problemu perowskitowych ogniw słonecznych. Polega ono na użyciu przezroczystej soli fosforanowej, która nie blokuje światła słonecznego, a tym samym nie wpływa na wydajność. W przypadku awarii panelu słonecznego sól fosforanowa natychmiast reaguje z ołowiem, tworząc nierozpuszczalny w wodzie związek, który nie może przedostać się do gleby i który można poddać recyklingowi. Rozwiązanie grupy naukowców grupy profesora László Forró jest ekonomiczne i wydajne.

Konwersja energii słonecznej w energię elektryczną z perowskitowych ogniw fotowoltaicznych jest niewiarygodnie wysoka, około 25%, co obecnie zbliża się do wydajności najlepszych ogniw fotowoltaicznych na bazie krzemu – mówi profesor László Forró z Wydziału Nauk EPFL. – Ale ich centralnym elementem jest ołów, który jest trucizną. Jeśli moduł ulegnie awarii, ołów może przedostać się do ziemi, a następnie przedostając się do łańcucha pokarmowego, spowodować poważne choroby. Prace László Forró są publikowane w „ACS Applied Materials & Interfaces”.

Problem polega na tym, że w większości perowskitów halogenkowych ołów może rozpuszczać się w wodzie. Ta rozpuszczalność w wodzie i innych rozpuszczalnikach jest w rzeczywistości wielką zaletą, ponieważ sprawia, że produkcja perowskitowych modułów słonecznych jest prostsza i tańsza – to kolejny plus oprócz ich wydajności. Jednak rozpuszczalność ołowiu w wodzie może stać się realnym zagrożeniem dla środowiska i zdrowia, gdy moduł pęknie lub ulegnie zamoczeniu, np. na deszczu.

Dlatego ołów musi być wychwytywany, zanim dotrze do ziemi, a jego recykling musi być możliwy. To zagadnienie jest przedmiotem wielu dogłębnych badań. Jest to rzeczywiście główna przeszkoda dla organów regulacyjnych w zatwierdzaniu produkcji perowskitowych ogniw fotowoltaicznych na dużą skalę i do celów komercyjnych. Jednak próby syntezy perowskitów nierozpuszczalnych w wodzie i bezołowiowych przyniosły słabe wyniki.

Kilka lat temu odkryliśmy, że przezroczyste i niedrogie kryształy soli fosforanowej można włączyć do różnych części urządzeń z halogenkami perowskitu, takich jak fotodetektory, diody LED lub ogniwa fotowoltaiczne – mówi Endre Horváth, pierwszy autor opracowania. – Sole te, w obecności wody reagują natychmiast z jonami ołowiu i wytrącają je w postaci fosforanu ołowiu, który jest wyjątkowo słabo rozpuszczalny w wodzie.

Chemia bezpieczna w razie awarii zapobiega wypłukiwaniu jonów ołowiu i może sprawić, że urządzenia perowskitowe będą bezpieczniejsze w użyciu w środowisku lub w pobliżu ludzi – mówi Márton Kollár, chemik odpowiedzialny za opracowanie kryształów perowskitu. – Pokazujemy, że takie podejście można wykorzystać do produkcji funkcjonalnych fotodetektorów, i proponujemy dużej społeczności badaczy i ośrodków badawczo-rozwojowych, które pracują nad różnymi urządzeniami, takimi jak ogniwa fotowoltaiczne i diody elektroluminescencyjne, wdrożenie go w swoich prototypach – wyjaśnia Pavao Andričević, który scharakteryzował czułe fotodetektory.

Źródło: https://actu.epfl.ch/ https://www.perovskite-info.com/

Zaprenumeruj Magazyn Fotowoltaika