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Jun 14, 2023
폐쇄형 생체모방 "케이지 트랩"
Nature Communications 14권, 기사 번호: 4730(2023) 이 기사 인용 2714 액세스 1 Altmetric Metrics 세부 정보 페로브스카이트 태양 전지의 놀라운 발전에도 불구하고 큰 우려
Nature Communications 14권, 기사 번호: 4730(2023) 이 기사 인용
2714 액세스
1 알트메트릭
측정항목 세부정보
페로브스카이트 태양전지의 눈부신 발전에도 불구하고, 페로브스카이트 태양전지와 관련된 잠재적인 납 오염 위험과 환경 취약성 위험에 대한 큰 우려는 실제 상용화에 심각한 장애물이 되고 있습니다. 이 연구에서 우리는 거미줄의 먹이 행동과 거미줄의 화학 성분에서 영감을 얻어 다기능 메조포러스 아미노 접목 탄소 그물을 페로브스카이트 태양 전지에 전략적으로 이식하여 납 누출을 효과적으로 완화하고 차폐할 수 있는 생체 모방 케이지 트랩을 만들었습니다. 극한 기상 조건에서의 외부 침입. 화학적 킬레이트화 및 물리적 흡착 측면에서 상승적인 Pb 포집 메커니즘을 심층적으로 탐구합니다. 또한 황하수와 토양을 포함한 실제 생태계에서 수명이 다한 페로브스카이트 태양전지의 납 오염 평가가 제안되었습니다. 지속 가능한 폐쇄 루프 Pb 관리 프로세스는 Pb 침전, Pb 흡착, Pb 탈착 및 Pb 재활용의 네 가지 중요한 단계를 포함하여 성공적으로 확립되었습니다. 우리의 연구 결과는 페로브스카이트 태양전지의 친환경적이고 지속 가능한 산업화를 촉진하는 데 영감을 주는 통찰력을 제공합니다.
전 세계적인 에너지 위기가 증가함에 따라 페로브스카이트 태양전지(PSC)는 전 세계적으로 탄소 배출량을 줄이기 위한 유망한 재생 에너지 기술로 부상했습니다. PSC는 뛰어난 호환성과 확장 가능한 제조 기능을 제공하여 광전지 시장에 혁명을 일으킬 수 있는 위치에 있습니다. 그러나 실제 적용되기까지는 해결해야 할 중요한 과제가 남아 있습니다. 휘발성 유기 양이온(예: CH3NH3+ 또는 HNCH(NH3)+)과 PSC의 연질 격자 특성은 본질적인 불안정성의 원인이며, 이로 인해 장치 효율성이 감소하고 장기적인 작동 안정성 문제가 발생합니다1,2,3. 특히, 페로브스카이트 필름의 분해는 습기, 조명, 열과 같은 외부 자극에 노출될 때 PbI2, Pb 또는 PbO를 포함한 독성 Pb 기반 화합물을 형성할 수 있습니다. 이러한 화합물은 잠재적으로 생태계로 누출되어 환경 지속 가능성에 대한 우려를 불러일으킬 수 있습니다4,5.
최근에는 Pb 누출을 줄이기 위해 PSC를 캡슐화하는 데 중점을 두었습니다. 폴리우레탄, 폴리이소부틸렌, 그래핀 및 Al2O3와 같은 캡슐화 재료는 물리적 핫프레스 또는 원자층 증착 방법6,7,8,9을 사용하여 적용되었습니다. 그러나 이러한 봉지층은 제한된 Pb 포집 능력으로 인해 외부 스트레스로 인해 장치가 파손될 경우 Pb 성분 확산을 방지할 수 없습니다. 복잡한 준비 과정으로 인해 생산 비용도 증가합니다. Pb 누출을 최소화하기 위해 외부 흡착용 기능성 화학 물질을 사용하는 화학 흡착 전략이 제안되었습니다. 출판된 대부분의 연구는 PSC의 수광면에 설치할 수 있는 반투명 Pb 흡착제 개발에 중점을 두고 있습니다. 광전지 성능 저하, 반투명 Pb 흡착제의 두께 제한, Pb 흡착 용량 및 주변 저항 저하를 방지하려면 높은 광학 투명성이 필요합니다. 실제로 누출된 Pb 성분은 중력으로 인해 장치 뒷면을 향해 흐르는 경향이 있으며 해당 재료나 전략은 여전히 제한적입니다. Li et al. 양이온 교환 수지(CER)와 자외선(UV) 수지를 기반으로 한 고분자 혼합물을 PSC10에 통합했습니다. 풍부한 설폰산기(SO3-)와 Pb2+ 사이의 신속한 양이온 교환 반응을 통해 Pb 성분이 흡착되어 90%의 Pb 격리 효율을 달성했습니다. 그럼에도 불구하고 유해한 고체 CER 폐기물로 인한 2차 오염의 잠재적 위험이 환경 문제로 대두되었습니다. 또한 수명이 다한 페로브스카이트 태양광 모듈의 지속 가능한 폐기 전략에 대한 우려는 생태계 및 인간 건강 안전에 대한 독성 Pb 이온의 잠재적 위협으로 인해 지속됩니다11,12,13,14. 이러한 단점은 PSC의 상업적 적용을 심각하게 방해할 수 있습니다.