Met een laagje zelfherstellende epoxyhars kun je lekkage van loodionen uit beschadigde perovskietzonnecellen grotendeels voorkomen. Dat maakt deze technologie milieutechnisch heel wat minder dubieus, claimt een Japanse onderzoeksgroep in Nature Energy.

Bij die beschadiging moet je vooral denken aan zware hagelbuien. Zonnecellen op basis van perovskietachtige kristallen zijn nog volop in ontwikkeling maar methylammoniumloodtrijodide lijkt tot nu toe het materiaal met de meeste kans op commercialisering. Het heeft alleen twee grote nadelen: het kan slecht tegen vocht en ongeveer eenderde van de massa bestaat uit loodionen, die toxisch zijn voor mens en milieu. Het eerste punt vereist een degelijke afdeklaag, bijvoorbeeld een glasplaat met kunsthars om de randen af te dichten. In combinatie met een degelijk recyclingsysteem voor defecte panelen lijkt punt twee dan ook meteen opgelost - behalve wanneer hagelkorrels gaten in het glas slaan zodat regenwater de kans krijgt om het lood er uit te spoelen.

Yabing Qi en collega’s stellen nu voor om onder het glas een dun laagje epoxyhars aan te brengen. Dat houdt ook geen hagelstenen tegen maar sommige varianten zijn enigszins zelfherstellend. Bij het uitharden ontstaat een netwerkstructuur doordat zijtakken van de polymeerketens onderling chemische koppelingen (crosslinks) vormen, en in de praktijk blijven daarbij vrij veel losse eindjes over. Zit je boven de glasovergangstemperatuur (T_g) waarbij de hars wat minder hard wordt en de kunststofketens meer bewegingsvrijheid krijgen, dan kunnen die eindjes elkaar opzoeken en nieuwe crosslinks vormen op plekken waar de oude uit elkaar zijn gescheurd.

Stel je de hars zo samen dat T_g wordt overschreden zodra de hagelbui weer is overgedreven en de volle zon op het zonnepaneel komt te staan, dan zullen de scheuren in de hars dus vanzelf grotendeels dichtlopen. Het houdt het lood hooguit tijdelijk tegen, maar het geeft je wel de kans om het beschadigde paneel te vervangen en naar de recycling te sturen met vrijwel al het metaal er nog in.

In Japan hebben ze het uitgeprobeerd met een zelfbereide epoxyhars (4 delen bisfenol A diglycidylether, 2 delen noctylamine en 1 deel m-xylyleendiamine) met een T_g van 42 °C. Ze verwerkten die hars als extra laag in perovskietzonnepanelen die ze vervolgens eerst bestookten met imitatiehagel in de vorm van metalen kogels, en vervolgens met licht aangezuurd water (pH = 4,2) als nabootsing van zure regen. Met inductief gekoppelde plasma-massaspectrometrie (ICP-MS) keken ze vervolgens hoeveel loodionen er in dat water oplosten.

Zoals je mocht verwachten, werkte het opzetje het beste wanneer tussen de gesimuleerde hagel en de gesimuleerde regen een gesimuleerde opklaring zat (4 uur bewaren bij 45 °C) zodat de hars de kans kreeg zichzelf te herstellen. In het beste geval was de loodafgifte 375 keer lager dan wanneer er helemaal geen hars onder de glasplaat zat. Zonder die opklaring was de bescherming een stuk minder, maar nog wel substantieel.

Om te bevestigen dat het echt aan het zelfherstellend vermogen lag, hebben de auteurs het ook geprobeerd met Surlyn, een commerciële hars die pas boven de 80 °C begint te helen. Ook die hield het weglekken van loodionen hooguit een beetje tegen.

Er valt nog wel iets op af te dingen. Om te beginnen is elk experiment in totaal slechts drie keer gedaan en liepen de resultaten nogal sterk uiteen - geen wonder, gezien de onvoorspelbaarheid van de impact van zo’n stalen kogel. Ten tweede helpt het wel tegen hagel, maar heb je nog steeds een probleem bij brandschade.

Maar in een begeleidend commentaar in Nature Energy wordt er fijntjes op gewezen dat er misschien in absolute zin veel lood in die cellen zit, maar dat er gegarandeerd nog vele malen meer lood de lucht in gaat als je dezelfde hoeveelheid elektriciteit opwekt door steenkool te verbranden. Dus misschien is dat lood niet het beste argument om tegen perovskietcellen te gebruiken.

bron: Nature Energy