盡管鈣鈦礦太陽能電池提供了一種非常有前途的太陽能捕獲解決方案，但它含有對環(huán)境有毒并嚴重危害健康的鉛。EPFL的科學(xué)家們現(xiàn)在已經(jīng)找到了一個非常優(yōu)雅和有效的解決方案，通過添加一種透明的磷酸鹽鹽，它不會影響光轉(zhuǎn)換效率，同時防止太陽能電池板因為故障導(dǎo)致鉛滲入土壤。

EPFL基礎(chǔ)科學(xué)學(xué)院的LászlóForró教授說:“鈣鈦礦太陽能電池的太陽能-電能轉(zhuǎn)換是令人難以置信的高，大約25%，現(xiàn)在已經(jīng)接近最好的硅太陽能電池的性能。但它們的主要元素是鉛，那是一種毒藥;如果太陽能電池板失靈，它會被沖刷到土壤中，進入食物鏈，并導(dǎo)致嚴重的疾病。”

問題是，在大多數(shù)鹵代鈣鈦礦中，鉛可以溶于水。這種水溶性和在其他溶劑中的溶解度實際上是一個很大的優(yōu)勢，因為它使鈣鈦礦太陽能電池板的建造更簡單和便宜——這是它們性能之外的另一個優(yōu)點。但是鉛的水溶性會在面板破裂或被弄濕時對環(huán)境和健康造成真正的危害。

因此，鉛必須在進入土壤之前被捕獲，并且必須在需要時能夠循環(huán)利用。這一問題已經(jīng)引起了大量和深入的研究，因為它是監(jiān)管當局批準鈣鈦礦太陽能電池大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)的主要障礙。然而，合成非水溶性和無鉛鈣鈦礦的嘗試都取得了較差的性能。

現(xiàn)在，F(xiàn)orró的團隊提出了一種解決方案，使用一種透明的磷酸鹽，它不會阻擋太陽光，所以它不會影響性能。如果太陽能電池板失靈，磷酸鹽會立即與鉛發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生一種不溶于水的化合物，這種化合物不會滲透到土壤中，而且可以循環(huán)利用。這項研究發(fā)表在ACS應(yīng)用材料與界面雜志上。

該研究的第一作者EndreHorváth說:“幾年前，我們發(fā)現(xiàn)廉價透明的磷酸鹽晶體，就像土壤肥料中的那些，可以被添加到像三明治一樣的鹵化鉛鈣鈦礦設(shè)備的不同部分，比如光電探測器、led或太陽能電池。這些鹽在有水的情況下立即與鉛離子發(fā)生反應(yīng)，并將其沉淀成極難溶于水的鉛磷酸鹽。”

研究鈣鈦礦晶體生長的化學(xué)家MártonKollár說:“這種‘防故障’化學(xué)方法可以防止鉛離子被浸出，從而使鈣鈦礦設(shè)備在環(huán)境中或接近人類時使用更安全。”

我們表明，這種方法可以用來構(gòu)建功能性光電探測器，我們建議從事太陽能電池和發(fā)光二極管等各種設(shè)備研究的廣大研究人員和研發(fā)中心在他們各自的原型中實施這種方法。描述敏感光電探測器特征的PavaoAndri?evic補充說。

Forró總結(jié)道:“對于鈣鈦礦太陽能電池的大規(guī)模商業(yè)化來說，這是一項極其重要的研究。”