隨著矽太陽能電池廢棄物不斷累積,科學家發現,在新興光伏技術商業化之前,人類必須優先考慮廢棄物回收的問題。雖然鈣鈦礦太陽能電池作為極具潛力的技術(具有高轉換效率和低成本優勢),但其中的「鉛元素」若不妥善處理,將對環境造成嚴重負擔。當前的鈣鈦礦回收方法主要採用有害溶劑(如二甲基甲醯胺、氯苯或甲基胺)進行層層溶解,然後再從溶液中提取有價值的材料,再重新製備成新的功能性材料。這些方法雖然已在回收效率上做了最佳化,但若持續依賴有害溶劑不僅會帶來環境隱憂,也難以與工業流程相容。因此,開發一種低成本、使用綠色溶劑且能完整回收鈣鈦礦太陽能電池各組件的全方位回收方法,對於建立永續的鈣鈦礦太陽能產業至關重要。
近日,瑞典林雪平大學和美國康乃爾大學的研究團隊,成功開發了新的全方位回收策略。他們設計了高效的鈣鈦礦電池回收方法,也就是在溶解電池的水溶液中添加三種關鍵成分:醋酸鈉、碘化鈉和次磷酸。醋酸鈉能與鉛離子形成強配位作用,大幅提升碘化鉛在水中的溶解度;碘化鈉則幫助調控鉛與碘的結合方式,使其形成正確的鈣鈦礦晶體化學結構;而次磷酸作為穩定劑,能有效防止溶液中碘離子被氧化成碘分子,並確保溶液在高溫下仍能長期保持穩定。這種精心設計的水溶液使回收效率達到了驚人的99.0±0.4%。研究團隊進一步擴展了回收範圍,成功回收了電洞傳輸層(spiro-OMeTAD)、二氧化錫覆蓋的銦錫氧化物板、封裝玻璃和金屬電極。經過五輪的降解-回收循環後,使用回收材料製造的太陽能電池仍能維持與全新材料製造電池相當的效率和穩定性。研究團隊表示,與傳統掩埋處理相比,此全方位回收策略大幅減少了資源消耗(96.6%)和人體毒性影響(68.8%),同時也降低了電力成本。