Uma camada protetora de resina epóxi ajuda a prevenir o vazamento de poluentes de células solares de perovskita (PSCs), de acordo com cientistas da Universidade de Graduação do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa (OIST). Adicionar um polímero de "autocura" ao topo de um PSC pode reduzir radicalmente a quantidade de chumbo que ele descarrega no meio ambiente. Isso dá um forte impulso às perspectivas de comercialização da tecnologia.

Com os níveis de dióxido de carbono atmosférico atingindo os níveis mais altos registrados na história, e eventos climáticos extremos continuam a aumentar em número, o mundo está se afastando dos sistemas legados de energia que dependem de combustíveis fósseis para renováveis, como a solar. A tecnologia solar perovskite é promissora, mas um dos principais desafios da comercialização é que ele pode liberar poluentes como o chumbo no meio ambiente - especialmente sob condições climáticas extremas.

"Embora as PSCs sejam eficientes na conversão de luz solar em eletricidade a um custo acessível, o fato de conterem chumbo gera considerável preocupação ambiental, "explica o professor Yabing Qi, chefe da Unidade de Materiais de Energia e Ciências de Superfície, quem liderou o estudo, publicado em Nature Energy .

"Embora a chamada tecnologia 'sem chumbo' valha a pena explorar, ainda não alcançou eficiência e estabilidade comparáveis ​​às abordagens baseadas em chumbo. Encontrar maneiras de usar chumbo em PSCs, evitando que ele vaze para o meio ambiente, Portanto, é um passo crucial para a comercialização. "

Testando a destruição

Equipe de Qi, apoiado pelo Programa de Prova de Conceito do OIST Technology Development and Innovation Center, explorou pela primeira vez os métodos de encapsulamento para adicionar camadas protetoras aos PSCs para entender quais materiais podem prevenir melhor o vazamento de chumbo. Eles expuseram células encapsuladas com diferentes materiais a muitas condições projetadas para simular os tipos de clima aos quais as células estariam expostas na realidade.

Eles queriam testar as células solares em um cenário de pior caso, para entender o vazamento máximo de chumbo que pode ocorrer. Primeiro, eles quebraram as células solares usando uma grande bola, imitando granizo extremo que poderia quebrar sua estrutura e permitir que o chumbo vazasse. Próximo, eles encharcaram as células com água ácida, para simular a água da chuva que transportaria o chumbo derramado para o meio ambiente.

Usando espectroscopia de massa, a equipe analisou a chuva ácida para determinar quanto chumbo vazou das células. Eles descobriram que uma camada de resina epóxi permitia apenas um vazamento mínimo de chumbo - ordens de magnitude menor do que os outros materiais.

Habilitando a viabilidade comercial

A resina epóxi também teve um melhor desempenho sob uma série de condições climáticas em que a luz solar, a água da chuva e a temperatura foram alteradas para simular os ambientes nos quais as PSCs devem operar. Em todos os cenários, incluindo chuva extrema, A resina epóxi superou os materiais de encapsulamento rivais.

A resina epóxi funciona muito bem devido às suas propriedades de "autocura". Depois que sua estrutura é danificada pelo granizo, por exemplo, o polímero reforma parcialmente sua forma original quando aquecido pela luz solar. Isso limita a quantidade de chumbo que vaza de dentro da célula. Essa propriedade de autocura pode fazer da resina epóxi a camada de encapsulamento preferida para futuros produtos fotovoltaicos.

"A resina epóxi é certamente uma forte candidata, ainda outros polímeros de autocura podem ser ainda melhores, "explica Qi." Nesta fase, temos o prazer de promover os padrões da indústria fotovoltaica, e trazendo a segurança desta tecnologia para a discussão. Próximo, podemos aproveitar esses dados para confirmar qual é realmente o melhor polímero. "

Além do vazamento de chumbo, outro desafio será aumentar as células solares de perovskita em painéis solares de perovskita. Embora as células tenham apenas alguns centímetros de comprimento, os painéis podem abranger alguns metros, e será mais relevante para os consumidores em potencial. A equipe também irá direcionar sua atenção para o desafio de longa data do armazenamento de energia renovável.