水如何使未来的太阳能电池可回收利用

近年来，太阳能取得了长足发展。太阳能电池板价格急剧下降，据报道，过去十年来全球太阳能市场整体每年增长约 24%。尽管最近遭到特朗普政府的强烈反对，但太阳能市场的增长仍未停止。太阳能产业协会估计，到 2028 年，全球太阳能市场规模将扩大两倍。预期增长的至少一部分将归功于由钙钛矿材料制成的新一代太阳能电池的扩大，这种电池比基于硅的前代电池更节能。但也存在一个问题。这些令人垂涎的钙钛矿电池特别难以回收。这种固有的可重复使用性的缺乏可能会带来额外的环境挑战，因为太阳能电池需要从世界各地采购大量难以采购的关键矿物。

瑞典林雪平大学的研究人员认为，他们可能找到了一种解决方案，可以让太阳能制造商鱼与熊掌兼得。研究人员使用一种新设计的回收技术，仅使用水溶剂就能在钙钛矿太阳能电池的生命周期结束时将其完全分解。当他们使用这种回收材料制造出全新的太阳能电池时，他们发现它的整体效率与第一个非回收版本相同。从理论上讲，这一过程可以扩大规模，以帮助制造完全可回收、节能的太阳能电池，而这些电池不需要使用对环境有害的化学物质来分解。更多地使用相同的太阳能电池也有助于长期进一步降低太阳能价格。

林雪平大学博士后学生兼论文合著者 Xun Xiao 在一份声明中表示：“我们可以回收一切——覆盖玻璃、电极、钙钛矿层以及电荷传输层。”研究人员本周在《自然》杂志上发表了他们的研究成果。

研究人员用水取代了有毒的化学过程

钙钛矿太阳能电池板源自一类元素，它们因高能量保留率和低生产成本而受到重视。（这类电池能够将 25% 的太阳能转化为电能，而大多数传统硅基电池只能将 15-20% 的太阳能转化为电能）。拆卸钙钛矿太阳能电池板进行回收的标准方法是将其浸泡在二甲基甲酰胺中，二甲基甲酰胺是一种最常见于油漆溶剂中的化学物质。研究人员指出，这种方法并不理想，因为它会导致潜在的有害化学物质渗入环境中。

林雪平大学教授、论文合著者高峰在一份声明中表示：“我们在开发新兴太阳能电池技术时需要考虑回收问题。如果我们不知道如何回收它们，也许我们根本就不应该把它们投放到市场上。”

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研究人员采用了不同的方法，他们选择制造一种无毒的水基溶剂，其中包括醋酸钠、碘化钠和次磷酸添加剂。加入醋酸钠是为了帮助分解太阳能电池的各个材料。相比之下，加入碘化钠是为了帮助重新形成分离的钙钛矿晶体，以便以后可以再次使用它们来制造新的太阳能电池。加入次磷酸是为了帮助溶液保持长期稳定。研究人员将水加热到 80 摄氏度，持续 20 分钟，然后将电池浸入水中，以进一步帮助拆卸过程。然后将新回收的钙钛矿晶体和剩余的液体通过离心机以 5,000 rpm 的速度旋转三分钟，从而将其分离。

完成该过程后，研究人员便可以使用回收的材料制造新的太阳能电池。至关重要的是，新电池的能源效率与回收前一样高。研究人员能够重复此过程几次，而新电池的能量输出不会减少。这些发现表明，研究人员的“环保”水溶液方法可以将下一代钙钛矿太阳能电池板的寿命延长数倍。研究人员估计，与在一个生命周期后被扔进垃圾填埋场的新太阳能电池板相比，他们的方法将总体资源消耗减少了 96.6%。

虽然目前还不完全清楚这种基于水的回收方法在大规模工业化生产时会如何发挥作用，但水法为未来可再生能源基础设施的可持续性提供了一种可能的途径。这一发现来得正是时候。庞大、耗电的人工智能数据中心推动了国际电力需求的飙升，这意味着世界需要找到一种快速产生新能源的方法。虽然大部分需求可能会由化石燃料满足，但高度可回收的太阳能电池可以帮助降低太阳能价格，从而可能使其更具经济吸引力。