近日，国际权威期刊《自然》在线发表了关于铅基钙钛矿太阳能电池中固铅方面的前瞻性文章（perspective），南京工业大学柔性电子（未来技术）学院/先进材料研究院张辉老师为本文第一作者，南京工业大学为第一作者单位。
铅基钙钛矿太阳电池在新能源领域展现出极大的应用潜力，而铅元素潜在的环境危害性将成为其产业发展的瓶颈。虽然钙钛矿光伏组件中铅元素的重量占比较低，但由于铅离子较高的生物兼容性，组件中极小比例的铅进入食物链即可超出联合国粮农组织设定的人均每周铅摄入量上限，从而危及人类健康（图1）。
图1.钙钛矿太阳能电池在器件制备及服役过程的铅泄漏途径及其对环境影响。
固铅，是一种通过降低铅离子水溶性以阻断其传播途径的策略，可有效抑制铅离子泄露。有鉴于此，南京工业大学张辉与韩国成均馆大学Nam-Gyu Park，瑞士洛桑联邦理工大学Michael Grätzel，意大利那不勒斯费德里克二世大学Antonio Abate等人充分论证了铅离子对钙钛矿材料光电特性的重要性，详细阐述了钙钛矿在制备及服役过程的铅泄露风险及环境危害性，系统对比了固铅策略的工作机制及应用前景，提出了关于铅泄漏的标准测试模型以有效评估钙钛矿器件的环境危害性。
卤化铅钙钛矿是一种很有前途的太阳能收集半导体材料。然而，当考虑到从破碎的电池泄漏到环境中的潜在有害物质以及从公众接受的角度来看，重金属铅离子的存在是有问题的。此外，世界各地关于铅使用的严格立法推动了创新，通过环境友好和具有成本效益的途径制定回收使用寿命结束产品的战略。铅固定化是一种将水溶性铅离子在大pH值和温度范围内转化为不溶性，非生物可利用性和不可运输形式的策略，并且在设备损坏时抑制铅泄漏。理想的方法应确保足够的铅螯合能力，而不会对设备性能、生产成本和回收产生实质性影响。本文分析了钙钛矿太阳能电池中固定Pb2+的化学方法，包括颗粒隔离、铅络合、结构整合和泄漏铅的吸附，以及它们将铅泄漏抑制到最低水平的可行性。本文强调需要建立一个标准的铅泄漏测试和相关的数学模型，以可靠地评估钙钛矿光电子产品的潜在环境风险。
文章以“Lead immobilization for environmentally sustainable perovskite solar cells”为题发表在Nature上。
来源：南京工业大学、新材料资讯
https://www.nature.com/articles/s41586-023-05938-4
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