idw – Informationsdienst Wissenschaft

Nachrichten, Termine, Experten

Grafik: idw-Logo
Thema Corona

Imagefilm
Science Video Project



Teilen: 
21.01.2020 17:00

Pflanzen nehmen Blei aus Perowskit-Solarzellen besser auf als erwartet

Dr. Antonia Rötger Kommunikation
Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

    Blei aus metall-organischen Perowskitverbindungen wird deutlich besser von Pflanzen aufgenommen als beispielsweise Blei aus anorganischen Quellen. Dies zeigt eine Studie von HZB-Forscher Antonio Abate mit Partnern aus China und Italien, die in Nature communications veröffentlicht ist.

    Bestimmte Perowskitverbindungen gelten als große Hoffnung für noch bessere und vor allem noch günstigere Solarzellen. Ihr Kristallgitter wird von organischen Methylammonium-Kationen gebildet, die von Schwermetall-Atomen und Atomen wie Jod umgeben sind. Die besten Perowskitsolarzellen werden heute mit Blei realisiert. In nur zehn Jahren Forschungsarbeit ließ sich der Wirkungsgrad dieser Solarzellen im Labor von 4 Prozent (2009) auf inzwischen über 25 Prozent (2019) steigern. Blei ist allerdings hochgiftig und darf nicht in die Nahrungskette gelangen. Ein quadratmetergroßes Perowskit-Solarmodul enthält jedoch nur 0,8 Gramm Blei, also sehr wenig im Vergleich zu anderen technischen Quellen von Blei (z.B. in Batterien).

    Nun hat ein Team um Prof. Dr. Antonio Abate am Helmholtz-Zentrum Berlin eine Studie konzipiert, um dieses Risiko zu untersuchen. Dafür arbeiteten sie mit einem Team der Landwirtschaftlichen Universität in Fujian, China, sowie mit einer Gruppe an der Universität in Neapel, Italien, zusammen.

    Die Pflanzenexperten in Fujian bereiteten Bodenproben mit unterschiedlicher Bleibelastung vor und bauten darauf Minzpflanzen sowie zwei andere Blattpflanzen an. Bei einem Teil der Proben war die Bleibelastung durch anorganische Quellen verursacht, bei einem anderen Teil durch Blei aus Perowskit-Verbindungen. Nach einer Wachstumsperiode analysierten sie den Bleigehalt in den Blättern und anderen Pflanzenteilen.

    Die Analysen zeigten, dass Blei aus Perowskit-Solarzellen etwa zehnmal besser aufgenommen wird als aus anorganischen Kontaminations-Quellen. Dies könnte damit zusammenhängen, dass die organischen Kationen (Methyammonium+) im Perowskit den PH-Gehalt des Bodens verändern und damit die Bleiaufnahme durch die Pflanzen begünstigen, vermutet Dr. Qiong Wang aus dem Team von Abate. „Diese Ergebnisse weisen darauf hin, dass man Perowskite nicht einfach wie andere Quellen für Bleibelastungen betrachten sollte“, sagt Abate.

    Abate forscht an der Entwicklung von bleifreien Perowskit-Solarzellen, die Zinn enthalten. Auch Zinn ist hochgiftig, allerdings reagiert es sehr rasch zu nicht-wasserlöslichen Formen. Eine weitere Versuchsreihe mit Minzpflanzen auf Zinn-belasteten Böden ergab, dass die Pflanzen es deutlich weniger aufnehmen. Bleifreie Perowskit-Solarzellen erreichen allerdings noch bei weitem nicht die hohen Wirkungsgrade von bleihaltigen Solarzellen und haben darüber hinaus auch noch größere Probleme mit der Stabilität.

    Das Helmholtz-Zentrum Berlin hat auf dem Gebiet der Perowskit-Solarzellen große Expertise aufgebaut und forscht sowohl an bleihaltigen Verbindungen als auch an bleifreien Alternativen. „Wir müssen diese Materialklasse sehr breit untersuchen“, meint Abate und betont: „Natürlich ist es wichtig, Wirkungsgrade und Langzeitstabilität zu erhöhen, aber wir müssen auch die Umweltverträglichkeit im Blick behalten.“


    Wissenschaftliche Ansprechpartner:

    antonio.abate@helmholtz-berlin.de


    Originalpublikation:

    Nature communications (2020): The biological impact of lead from halide perovskites reveals the risk of introducing a safe threshold concentration. Junming Li, Hai-Lei Cao, Wen-Bin Jiao, Qiong Wang, Mingdeng Wei, Irene Cantone, Jian Lü and Antonio Abate.

    DOI: 10.1038/s41467-019-13910-y


    Merkmale dieser Pressemitteilung:
    Journalisten, Wirtschaftsvertreter, Wissenschaftler
    Biologie, Chemie, Energie, Umwelt / Ökologie
    überregional
    Forschungsergebnisse
    Deutsch


    Hilfe

    Die Suche / Erweiterte Suche im idw-Archiv
    Verknüpfungen

    Sie können Suchbegriffe mit und, oder und / oder nicht verknüpfen, z. B. Philo nicht logie.

    Klammern

    Verknüpfungen können Sie mit Klammern voneinander trennen, z. B. (Philo nicht logie) oder (Psycho und logie).

    Wortgruppen

    Zusammenhängende Worte werden als Wortgruppe gesucht, wenn Sie sie in Anführungsstriche setzen, z. B. „Bundesrepublik Deutschland“.

    Auswahlkriterien

    Die Erweiterte Suche können Sie auch nutzen, ohne Suchbegriffe einzugeben. Sie orientiert sich dann an den Kriterien, die Sie ausgewählt haben (z. B. nach dem Land oder dem Sachgebiet).

    Haben Sie in einer Kategorie kein Kriterium ausgewählt, wird die gesamte Kategorie durchsucht (z.B. alle Sachgebiete oder alle Länder).