保持原有效率88%！再生钙钛矿光伏电池再制造技术“亮相”

据报道，一个国际研究团队开发了一种回收后再制造全封装钙钛矿光伏电池的新方法。研究人员表示，再制造的光伏电池可以保持了原有效率的88%。

图1钙钛矿光伏电池的组成成分

该团队开发了一种采用碳基电极(CPSM)再制造钙钛矿光伏电池(PSC)的新方法。他们将这种再制造描述为“重新使用、回收、修理或更换零件的组合”以制造新产品，而不仅仅是回收。

他们说，“在这项工作中，我们首次展示了玻璃-玻璃封装钙钛矿光伏电池的再制造策略。我们的研究提出了一种简单的实验方法，可以去除边缘密封剂、密封剂、背电极和降解的钙钛矿，从而允许重新使用光伏电池的成分。”

该团队最初研究了光伏电池中哪些材料与高环境影响有关。他们分析的光伏电池具有很高的商业化潜力——包括氟掺杂氧化锡(FTO)前电极、紧凑和介孔二氧化钛(分别为c-TiO2和m-TiO2)、二氧化锆(ZrO2)和碳基背电极。这种光伏组件由热塑性烯烃(TPO)、聚异丁烯(PIB)基边缘密封和玻璃背板封装。

研究人员说，“光伏电池的全球变暖潜能值(GWP)贡献中只有一小部分来自材料本身(5%)，而大部分来自用于沉积这些层的能量和溶剂。降低GWP可以通过重复使用或回收玻璃(正面和背面)来实现。光伏电池的成分(及其所含能量)对碳足迹的贡献相对较小。”

他们还确定了光伏电池值得关注的成分。首先，他们将光伏电池加热到120℃至140℃，以促进背板玻璃与氟掺杂氧化锡(FTO)的机械分离。然后让玻璃基板冷却到室温，然后再实施封装剂去除步骤。

为了溶解热塑性烯烃(TPO)和聚异丁烯(PIB)包封剂，将它们浸在丙酮中一小时，然后进行剥离。之后将它们浸入含有甲胺(MA0)和乙醇的溶液中，使其液化并洗出钙钛矿(这部分最有可能在最短时间内变质)。

他们解释说：“去除钙钛矿和碳可以重复使用沉积在氟掺杂氧化锡(FTO)上的金属氧化物层(TiO2, ZrO2)，以重新制造封装的钙钛矿光伏电池(PSC)。层的形态和厚度被保留了下来。因此，可以再次进行碳沉积和钙钛矿溶液浸润，然后用热塑性烯烃(TPO)和聚异丁烯(PIB)进行封装，从而完成再制造。”

回收后的光伏电池经过再制造之后的功率转换效率为11.7%，保持了原有效率的88%。考虑到这一过程的效率和资源，可以减少24%全球变暖潜能值(GWP)。若进一步优化工艺，再制造后功率转换效率 (PCE)保持不变，全球变暖潜能值(GWP)的降幅可达33%。

研究人员表示：“需要注意的是，尽管重复使用了占全球变暖潜能值的62.4%的部件，但由于再制造光伏电池而导致的全球变暖潜能值的减少(与原始光伏电池相比)要低得多。这是因为再制造需要采有额外的工艺：主要是MA0/EtOH和丙酮浴中的化学处理，以及玻璃基板的温度辅助机械分离和400℃退火导致不可忽略的碳排放。”

研究人员还确定，再制造光伏组件产生电力的碳足迹可能低于碳化硅光伏组件。在德国弗劳恩霍夫光伏系统研究所的测试下，采用再制造光伏电池的光伏系统的年发电量为1429.2kWh /平方米，需要10.7年的时间才能使用其碳排放量低于碳化硅光伏组件。相比之下，使用原始的光伏电池实现这一目标的时间达到16年以上。如果钙钛矿光伏组件的效率达到碳化硅光伏组件的效率，五年后的碳足迹将会更低。

研究人员表示：“再制造战略采用了不会分解金属氧化层等无机器件成分的溶剂和处理方法。因此，这种方法也可以应用于广泛的n-i-p器件和一些无机p-i-n器件，我们预计这些器件的全球变暖潜能值(GWP)也会有类似的降低。”

他们在最近在“ACS Sustainable Resource Management”刊物上发表了“再制造钙钛矿光伏电池和光伏组件整体案例研究”报告。这个研究团队的成员是来自德国弗劳恩霍夫光伏系统研究所(ISE)、弗莱堡大学和马尔堡菲利普斯大学、瑞士Solaronix和瑞士洛桑联邦理工学院的科学家。而来自荷兰Energy21、英国剑桥大学和摩洛哥Abdelmalek Essaadi大学的研究人员也参与了这项研究。