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第一作者：Xun Li, Fei Zhang

通訊作者：Tao Xu，Kai Zhu

通訊單位：北伊利諾伊大學，NREL

鈣鈦礦太陽能電池作為一種新興的高效，低成本的光伏技術，在走向商業化的過程中面臨著諸多障礙。器件的穩定性已得到了實質性的改善，但是鉛廢料和從器件中泄漏出鉛的毒性問題仍未得到實質性的解決。鉛的含量到底有多少？是否會發生泄漏？泄漏之后怎么辦？這些都是鈣鈦礦電池走向實用化必須了解的問題。

據報道，商用涂料中鉛含量一般為0.007 g m^-2，而典型鉛基鈣鈦礦太陽能電池中，鉛厚度約550 nm，Pb的單位面積濃度約為0.75 gm^-2，比目前含鉛涂料濃度要高兩個數量級。在建筑集成光伏電池中使用鈣鈦礦太陽能電池時，鉛泄漏的潛在危險可被視為對環境和公共健康的危害。

有鑒于此，北伊利諾伊大學徐濤和NREL的朱凱等人提出一種化學方法，可確保萬一鉛基鈣鈦礦電池器件嚴重損壞后，超過96％的鉛泄漏得到隔離。

圖1. 器件示意圖

研究人員將一種可以吸收鉛的材料DMDP有機涂層涂敷到器件的正面和背面，由于DMDP可溶于某些極性有機溶劑（例如乙醇）中，從而可以通過常見的溶液涂覆方法進行成膜。

DMDP涂層的厚度在0.7到6.89μm范圍內都是高度透明的，而且DMDP膜不溶于水，但具有良好的透水性。這樣，當水滲入器件時，每個DMDP分子中的兩個膦酸基團可以與Pb²⁺離子牢固結合（結合能為295.6 kJ mo^l-1），有效吸收水中的Pb²⁺。

圖2. 鉛防泄漏測試

在正面透明導電電極的玻璃側，使用了透明的吸收鉛的分子膜，該分子膜包含與鉛牢固結合的膦酸基團，進而吸收泄漏的鉛。

在背面（金屬）電極側，在金屬電極和標準光伏包裝膜之間放置摻有鉛螯合劑的聚合物膜。兩側的吸鉛薄膜在浸水時會溶脹以吸收鉛，而不是溶解，從而保持結構完整性，以便在器件損壞后容易收集鉛。

圖3. 器件性能

總之，這項工作為鈣鈦礦電池實用化提供了更切實際的思考和借鑒，可以感覺到，大規模商用，為時不遠。

參考文獻：

Li, X., Zhang, F., He, H. et al. On-device lead sequestration for perovskite solar cells. Nature 2020.

DOI: 10.1038/s41586-020-2001-x.

https://doi.org/10.1038/s41586-020-2001-x