生物由来の密閉型「ケージトラップ」

Nature Communications volume 14、記事番号: 4730 (2023) この記事を引用

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ペロブスカイト太陽電池の目覚ましい進歩にもかかわらず、ペロブスカイト太陽電池に関連する潜在的な鉛汚染リスクと環境脆弱性リスクに関する大きな懸念が、実際の商業化に大きな障害となっています。 この研究では、クモの獲物を捕らえる行動とクモの巣の化学成分からインスピレーションを得て、多機能メソポーラスアミノグラフトカーボンネットをペロブスカイト太陽電池に戦略的に埋め込み、Pbの漏出とシールドを効果的に軽減できる生体模倣ケージトラップを作成しました。極端な気象条件下での外部からの侵入。 化学的キレート化と物理的吸着の観点からの相乗的な Pb 捕捉メカニズムが詳しく調査されています。 さらに、黄河の水と土壌を含む現実世界の生態系における使用済みペロブスカイト太陽電池の鉛汚染評価が提案されています。 持続可能な閉ループ Pb 管理プロセスも、Pb の沈殿、Pb の吸着、Pb の脱着、および Pb のリサイクルという 4 つの重要なステップを含む確立に成功しています。 私たちの調査結果は、ペロブスカイト太陽電池のグリーンで持続可能な工業化を促進するための刺激的な洞察を提供します。

世界的なエネルギー危機の増大に伴い、ペロブスカイト太陽電池 (PSC) は、世界中で二酸化炭素排出量を削減するための有望な再生可能エネルギー技術として浮上しています。 PSC は優れた互換性とスケーラブルな製造を提供し、太陽光発電市場に革命をもたらす地位を確立します。 しかし、実際に適用する前に、大きな課題が残されています。 PSC の揮発性有機カチオン (CH3NH3+ または HNCH(NH3)+ など) と柔らかい格子特性は本質的な不安定性の原因となり、デバイス効率の低下と長期的な動作安定性の問題を引き起こします 1、2、3。 特に、湿気、照明、熱などの外部刺激にさらされると、ペロブスカイト膜の分解により、PbI2、Pb、PbO などの有毒な Pb ベースの化合物が生成される可能性があります。 これらの化合物は生態系に漏洩する可能性があり、環境の持続可能性に関する懸念を引き起こします4,5。

最近の取り組みは、PSC をカプセル化して Pb 漏洩を減らすことに重点を置いています。 ポリウレタン、ポリイソブチレン、グラフェン、Al2O3 などのカプセル化材料は、物理的ホットプレスまたは原子層堆積法を使用して適用されてきました6、7、8、9。 ただし、Pb 捕捉能力が限られているため、外部応力でデバイスが破損した場合、これらの封止層は Pb 成分の拡散を防ぐことができません。 複雑な準備プロセスにより、生産コストも増加します。 Ｐｂ漏洩を最小限に抑えるために、外部吸着に機能性化学材料を使用する化学吸着戦略が提案されている。 出版された研究のほとんどは、PSC の受光側に設置できる半透明 Pb 吸着剤の開発に焦点を当てています。 太陽光発電性能の低下を避けるためには、高い光透過性が必要であり、半透明 Pb 吸着剤の厚さが制限され、Pb 吸着容量と周囲抵抗が損なわれます。 実際には、漏れた Pb 成分は重力によりデバイスの背面に向かって流れる傾向があり、対応する材料や戦略は依然として限られています。 リーら。 陽イオン交換樹脂 (CER) と紫外線 (UV) 樹脂をベースにしたポリマー混合物を PSC10 に統合しました。 Pb 成分は、豊富なスルホン酸基 (SO3-) と Pb2+ の間の急速な陽イオン交換反応によって吸着され、90% の Pb 隔離効率を達成しました。 それにもかかわらず、有害な固体 CER 廃棄物による二次汚染の潜在的なリスクが環境問題として浮上しました。 さらに、生態系と人間の健康の安全に対する有毒な鉛イオンの潜在的な脅威のため、耐用年数が終了したペロブスカイト太陽電池モジュールの持続可能な処分戦略に関する懸念が続いています11、12、13、14。 これらの欠点は、PSC の商業的応用を大きく妨げる可能性があります。