Published October 19, 2022 | Version v1
Publication Open

Spherical hydroxyapatite nanoparticle scaffolds for reduced lead release from damaged perovskite solar cells

Creators

  • 1. University of Manchester
  • 2. University of Technology Malaysia
  • 3. Henry Royce Institute
  • 4. University of Bath
  • 5. University of Oxford

Description

Abstract Perovskite solar cells continue to attract interest due to their facile preparation and high power conversion efficiencies. However, the highest efficiency perovskite solar cells inevitably contain lead, which raises concerns over contamination of drinking water when a solar module is broken and then flooded. We previously showed that conventional synthetic hydroxyapatite (HAP) nanoparticles could capture some of the lead from broken solar cells, but the amount of lead released was well above the safe drinking water level. Here, we modify the HAP synthesis to prepare new spherical-HAP (s-HAP) nanoparticles with a 60% increase in the Pb absorption capacity. We blend s-HAPs with TiO 2 nanoparticles to construct mixed scaffolds and investigate their effect on (FAPbI 3 ) 0.97 (MAPbBr 3 ) 0.03 solar cell performance and lead capture. Replacement of 80% of the TiO 2 nanoparticles with s-HAP causes the power conversion efficiency to increase from 18.61% to 20.32% as a result of decreased charge carrier recombination. Lead contamination of water from devices subjected to simulated hail damage followed by flooding is shown to decrease exponentially with increasing s-HAP content. The lead concentration in water after 24 h is below the US safe water drinking limit.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تستمر خلايا بيروفسكايت الشمسية المجردة في جذب الاهتمام بسبب تحضيرها السهل وكفاءتها العالية في تحويل الطاقة. ومع ذلك، فإن خلايا البيروفسكايت الشمسية الأعلى كفاءة تحتوي حتماً على الرصاص، مما يثير مخاوف بشأن تلوث مياه الشرب عند كسر وحدة الطاقة الشمسية ثم غمرها. أظهرنا سابقًا أن الجسيمات النانوية الهيدروكسيباتيتية الاصطناعية التقليدية (HAP) يمكن أن تلتقط بعض الرصاص من الخلايا الشمسية المكسورة، لكن كمية الرصاص المنبعثة كانت أعلى بكثير من مستوى مياه الشرب الآمنة. هنا، نقوم بتعديل تخليق HAP لتحضير جسيمات نانوية كروية جديدة من HAP (s - HAP) مع زيادة بنسبة 60 ٪ في قدرة امتصاص الرصاص. نقوم بمزج s - HAPs مع جسيمات TiO 2 النانوية لبناء السقالات المختلطة والتحقيق في تأثيرها على (FAPbI 3 ) 0.97 (MAPbBr 3 ) 0.03 أداء الخلايا الشمسية والتقاط الرصاص. يؤدي استبدال 80 ٪ من جسيمات TiO 2 النانوية بـ s - HAP إلى زيادة كفاءة تحويل الطاقة من 18.61 ٪ إلى 20.32 ٪ نتيجة لانخفاض إعادة تركيب ناقل الشحن. يظهر تلوث الرصاص بالمياه من الأجهزة المعرضة لتلف البرد المحاكى متبوعًا بالفيضانات انخفاضًا كبيرًا مع زيادة محتوى s - HAP. يكون تركيز الرصاص في الماء بعد 24 ساعة أقل من حد شرب المياه الآمنة في الولايات المتحدة.

Translated Description (French)

Résumé Les cellules solaires à pérovskite continuent de susciter l'intérêt en raison de leur préparation facile et de leur efficacité de conversion de puissance élevée. Cependant, les cellules solaires en pérovskite les plus efficaces contiennent inévitablement du plomb, ce qui soulève des inquiétudes quant à la contamination de l'eau potable lorsqu'un module solaire est cassé puis inondé. Nous avons précédemment montré que les nanoparticules conventionnelles d'hydroxyapatite synthétique (HAP) pouvaient capturer une partie du plomb des cellules solaires cassées, mais la quantité de plomb libérée était bien supérieure au niveau de l'eau potable. Ici, nous modifions la synthèse de HAP pour préparer de nouvelles nanoparticules sphériques de HAP (s-HAP) avec une augmentation de 60% de la capacité d'absorption du Pb. Nous mélangeons des s-HAP avec des nanoparticules de TiO 2 pour construire des échafaudages mixtes et étudions leur effet sur (FAPbI 3 ) 0,97 (MAPbBr 3 ) 0,03 la performance des cellules solaires et la capture du plomb. Le remplacement de 80 % des nanoparticules de TiO 2 par du s-HAP entraîne une augmentation de l'efficacité de conversion de puissance de 18,61 % à 20,32 % en raison d'une recombinaison réduite des porteurs de charge. Il a été démontré que la contamination par le plomb de l'eau provenant de dispositifs soumis à des dommages de grêle simulés suivis d'inondations diminue de manière exponentielle avec l'augmentation de la teneur en s-HAP. La concentration de plomb dans l'eau après 24 heures est inférieure à la limite de consommation d'eau potable des États-Unis.

Translated Description (Spanish)

Resumen Las células solares de perovskita continúan atrayendo interés debido a su fácil preparación y altas eficiencias de conversión de potencia. Sin embargo, las células solares de perovskita de mayor eficiencia contienen inevitablemente plomo, lo que genera preocupación por la contaminación del agua potable cuando un módulo solar se rompe y luego se inunda. Anteriormente demostramos que las nanopartículas de hidroxiapatita sintética convencional (HAP) podían capturar parte del plomo de las células solares rotas, pero la cantidad de plomo liberado estaba muy por encima del nivel de agua potable segura. Aquí, modificamos la síntesis de HAP para preparar nuevas nanopartículas de HAP esférico (s-HAP) con un aumento del 60% en la capacidad de absorción de Pb. Mezclamos s-HAP con nanopartículas de Tío 2 para construir andamios mixtos e investigamos su efecto sobre el rendimiento de la célula solar (FAPbI 3 ) 0.97 (MAPbBr 3 ) 0.03 y la captura de plomo. El reemplazo del 80% de las nanopartículas de Tío 2 con s-HAP hace que la eficiencia de conversión de energía aumente del 18,61% al 20,32% como resultado de la disminución de la recombinación del portador de carga. Se ha demostrado que la contaminación por plomo del agua de los dispositivos sometidos a daños simulados por granizo seguidos de inundaciones disminuye exponencialmente con el aumento del contenido de s-HAP. La concentración de plomo en el agua después de 24 h está por debajo del límite de consumo de agua segura de EE. UU.

Files

s43246-022-00299-3.pdf.pdf

Files (4.4 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:7fa86d9d16858097c65c5a229985b2b7
4.4 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
سقالات الجسيمات النانوية الكروية الهيدروكسيباتيتية لتقليل إطلاق الرصاص من الخلايا الشمسية البيروفسكيتية التالفة
Translated title (French)
Échafaudages sphériques de nanoparticules d'hydroxyapatite pour réduire la libération de plomb par les cellules solaires à pérovskite endommagées
Translated title (Spanish)
Andamios esféricos de nanopartículas de hidroxiapatita para reducir la liberación de plomo de las células solares de perovskita dañadas

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4306844723
DOI
10.1038/s43246-022-00299-3

Is supplement to
https://openalex.org/W4390063206 (Other)
https://openalex.org/W4389068860 (Other)
https://openalex.org/W4377102989 (Other)
https://openalex.org/W3128252968 (Other)
https://openalex.org/W2967693315 (Other)
https://openalex.org/W2934047558 (Other)
https://openalex.org/W2895846482 (Other)
https://openalex.org/W2809094833 (Other)
https://openalex.org/W2233706667 (Other)
https://openalex.org/W2108889749 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Malaysia

References

  • https://openalex.org/W1977581646
  • https://openalex.org/W1981368803
  • https://openalex.org/W1983551791
  • https://openalex.org/W1995197102
  • https://openalex.org/W1997593339
  • https://openalex.org/W1999380485
  • https://openalex.org/W2001919495
  • https://openalex.org/W2016168218
  • https://openalex.org/W2020106660
  • https://openalex.org/W2031764158
  • https://openalex.org/W2036113194
  • https://openalex.org/W2040617493
  • https://openalex.org/W2041064850
  • https://openalex.org/W2053815547
  • https://openalex.org/W2055842731
  • https://openalex.org/W2073726416
  • https://openalex.org/W2077263601
  • https://openalex.org/W2084439199
  • https://openalex.org/W2087585288
  • https://openalex.org/W2089264492
  • https://openalex.org/W2089992444
  • https://openalex.org/W2092157292
  • https://openalex.org/W2096747776
  • https://openalex.org/W2096806264
  • https://openalex.org/W2111861485
  • https://openalex.org/W2120145199
  • https://openalex.org/W2161663950
  • https://openalex.org/W2176936029
  • https://openalex.org/W2277560939
  • https://openalex.org/W2307803660
  • https://openalex.org/W2323066956
  • https://openalex.org/W2442227477
  • https://openalex.org/W2561454682
  • https://openalex.org/W2576529078
  • https://openalex.org/W2610255239
  • https://openalex.org/W2618505131
  • https://openalex.org/W2621222172
  • https://openalex.org/W2621702900
  • https://openalex.org/W2728759813
  • https://openalex.org/W2765675115
  • https://openalex.org/W2801950518
  • https://openalex.org/W2810698514
  • https://openalex.org/W2872992014
  • https://openalex.org/W2885088646
  • https://openalex.org/W2888315722
  • https://openalex.org/W2888999710
  • https://openalex.org/W2891134546
  • https://openalex.org/W2915789204
  • https://openalex.org/W2920864669
  • https://openalex.org/W2922360715
  • https://openalex.org/W2932955692
  • https://openalex.org/W2950218333
  • https://openalex.org/W2950254173
  • https://openalex.org/W2962424236
  • https://openalex.org/W2971428940
  • https://openalex.org/W2971666150
  • https://openalex.org/W3000435220
  • https://openalex.org/W3008965931
  • https://openalex.org/W3028772096
  • https://openalex.org/W3038218674
  • https://openalex.org/W3046780513
  • https://openalex.org/W3084374295
  • https://openalex.org/W3095847864
  • https://openalex.org/W3100573942
  • https://openalex.org/W3101095095
  • https://openalex.org/W3112696536
  • https://openalex.org/W3113673043
  • https://openalex.org/W3118099077
  • https://openalex.org/W3120175509
  • https://openalex.org/W3130174494
  • https://openalex.org/W3135334378
  • https://openalex.org/W3139488753
  • https://openalex.org/W3139574201
  • https://openalex.org/W3142441150
  • https://openalex.org/W3160621054
  • https://openalex.org/W3177839310
  • https://openalex.org/W3179988971
  • https://openalex.org/W3180792897
  • https://openalex.org/W3193704586
  • https://openalex.org/W3198220127
  • https://openalex.org/W3210278216
  • https://openalex.org/W3215987870
  • https://openalex.org/W4200352725