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南京工業(yè)大學(xué)柔性電子（未來(lái)技術(shù)）學(xué)院副研究員張輝系統(tǒng)對(duì)比固鉛策略的工作機(jī)制及應(yīng)用前景，提出關(guān)于鉛泄漏的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試模型，分析了鉛基鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中的固鉛策略。近日，《自然》在線(xiàn)發(fā)表了相關(guān)研究成果。張輝為文章第一作者，南京工業(yè)大學(xué)為第一作者單位。

南京工業(yè)大學(xué)柔性電子（未來(lái)技術(shù)）學(xué)院院長(zhǎng)陳永華指出，雖然鈣鈦礦光伏組件中鉛元素的重量占比較低，但由于鉛離子較高的生物兼容性，組件中極小比例的鉛進(jìn)入食物鏈后危及人類(lèi)健康。“特別是鈣鈦礦太陽(yáng)電池在產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用時(shí)往往要大面積暴露于戶(hù)外，不可抗因素造成的破損引起的危害更大?！?/p>

目前學(xué)界的方案是固化鉛，即通過(guò)降低鉛離子水溶性以阻斷其傳播途徑。張輝分析了從鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中固定鉛的四種化學(xué)方法——晶粒封裝通過(guò)將鈣鈦礦顆粒包裹在疏水性有機(jī)物、防水氧化物或不溶性鉛鹽，可有效地阻斷水進(jìn)入和離子流出的通道；鉛絡(luò)合策略可通過(guò)合理的添加劑工程形成鉛-添加劑復(fù)合物的低溶解度產(chǎn)物，以降低降解鈣鈦礦中鉛化合物的溶解度；結(jié)構(gòu)整合策略通過(guò)提高組成元素的結(jié)合強(qiáng)度、集成體連接性和界面內(nèi)聚力，增加水滲透、結(jié)構(gòu)碎裂和分層的能壘，提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，防止水溶解和鉛泄漏；鉛泄漏的吸附方案直接將泄露的鉛吸附掉，可以顯著減少96%的泄露。

“前三種策略是內(nèi)部鉛固定策略，因?yàn)殂U離子在泄漏前得到了預(yù)保護(hù)，表現(xiàn)出高選擇性和快速響應(yīng)性，但封裝策略中的疏水材料導(dǎo)電性差，絡(luò)合策略中的添加劑大多數(shù)也是絕緣材料，并且其與鉛前體之間的相互作用會(huì)影響鈣鈦礦結(jié)晶，整合策略可行性最高，但鉛存固效率也只有約80%?！睘榱顺浞掷梦讲呗缘膬?yōu)勢(shì)，減少吸附策略中“先泄露后處理”可能帶來(lái)的危害，張輝提出了將整合策略和吸附策略結(jié)合使用的方法，“我們可以在器件內(nèi)部使用結(jié)構(gòu)整合策略，在器件外部用鉛吸附劑，在抑制鉛泄漏方面更有效?！?/p>

除此之外，該文章還提供了關(guān)于鉛泄漏的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試模型以有效評(píng)估鈣鈦礦器件的環(huán)境危害性?！般U基鈣鈦礦太陽(yáng)電池的鉛泄漏及其吸附在很大程度上取決于測(cè)試條件，如溫度、pH值和暴露水的體積，以及設(shè)備是如何損壞的。然而，目前關(guān)于鉛泄露的值是在完全不同的條件下測(cè)量的，應(yīng)以標(biāo)準(zhǔn)方式測(cè)量一些指標(biāo)?！睆堓x建立的鉛泄漏標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試模型充分考慮了在極端氣候條件下，水的溫度、流速、PH值等因素，為統(tǒng)一測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)提供了參考。

“現(xiàn)在我們分析的是戶(hù)外鉛泄露的問(wèn)題，其實(shí)在實(shí)驗(yàn)室階段也存在鉛泄露隱患?！睆堓x說(shuō)，未來(lái)他們還將從鉛基鈣鈦礦太陽(yáng)電池研發(fā)、應(yīng)用的整個(gè)生命周期去考慮并分析固化鉛策略，從而保證在充分安全的情況下，大規(guī)模實(shí)施這項(xiàng)有前景的技術(shù)。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-023-05938-4

2023年5月30日《中國(guó)科學(xué)網(wǎng)》：https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2023/5/501856.shtm