Mezinárodní výzkumný tým vyvinul nový způsob, jak po recyklaci (renovaci) znovu vyrobit plně zapouzdřené perovskitové solární články. Výzkumníci říkají, že zařízení mohou dosáhnout 88 % původní účinnosti produktů. Skupina vědců vyvinula novou metodu pro renovaci perovskitových

Mezinárodní výzkumný tým vyvinul nový způsob, jak po recyklaci (renovaci) znovu vyrobit plně zapouzdřené perovskitové solární články. Výzkumníci říkají, že zařízení mohou dosáhnout 88 % původní účinnosti produktů.

Skupina vědců vyvinula novou metodu pro renovaci perovskitových solárních článků (PSC) s elektrodami na bázi uhlíku (CPSM). Popisují repasování, na rozdíl od pouhé recyklace, jako kombinaci znovu použitých, recyklovaných, opravených nebo vyměněných dílů. A to za účelem výroby nového produktu.

„V této práci poprvé demonstrujeme strategii repasování perovskitových solárních článků zapouzdřených sklem a sklem,“ uvedli. ,,Naše studie představuje snadnou experimentální metodu k odstranění těsnicího materiálu na okrajích, zapouzdření, zadní elektrody a degradovaného perovskitu. Což umožňuje opětovné použití složek zařízení."

Nejprve zkoumali, které materiály v modulu jsou spojeny s vysokými dopady na životní prostředí. Modul, který analyzovali – o kterém říkají, že má vysoký potenciál pro komercializaci – zahrnuje přední elektrodu z oxidu cínu dopovaného fluorem (FTO), kompaktní a mezoporézní oxid titaničitý (c-TiO₂ a m-TiO₂), oxid zirkoničitý (ZrO₂), a zadní elektrodu na bázi uhlíku. Zařízení se zapouzdří termoplastickými olefiny (TPO), okrajovým těsněním na bázi polyisobutylenu (PIB) a skleněnou zadní vrstvou.

,,Jen malá část příspěvku ke globálnímu oteplování (GWP) zásobníku buněk pochází ze samotných materiálů (5 %). Zatímco většina pochází z energie a rozpouštědel použitých k ukládání těchto vrstev," uvedli. „Hlavního snížení GWP lze dosáhnout opětovným použitím nebo recyklací skla (přední a zadní). Což může potenciálně snížit GWP PSM až o 53 % a 52 %. Složky fotovoltaických článků (a jejich vložená energie) mají relativně malý příspěvek k celkové uhlíkové stopě."

Akademici také určili, na které komponenty se vyplatí zaměřit. Nejprve zahřáli celu na 120 °C až 140 °C, aby usnadnili mechanické oddělení spodní vrstvy skla od FTO. Poté nechali skleněné substráty vychladnout na pokojovou teplotu před krokem odstranění enkapsulace.

Nová metoda pro renovaci PSC

Aby se TPO a PIB zapouzdřující látka rozpustily, umístili je na jednu hodinu do acetonu a sloupli je. Poté zařízení ponořili do lázně methylaminu (MA0) a etanolu, aby zkapalnili a vymyli perovskit – část, která se s největší pravděpodobností poškodí v co nejkratším čase.

„Odstranění perovskitu a uhlíku umožňuje opětovné použití vrstev oxidů kovů (TiO₂, ZrO₂) nanesených na FTO za účelem opětovné výroby zapouzdřených CPSC,“ vysvětlili. „Mortologie a tloušťka vrstvy jsou zachovány. Proto může být znovu provedena depozice uhlíku a infiltrace roztoku perovskitu s následnou enkapsulací pomocí TPO a PIB, aby se dokončila repasovací smyčka.

Zatímco recyklovaný solární článek měl po procesu repasování účinnost přeměny energie 11,7 %, zachoval si 88 % původní účinnosti. Vzhledem k efektivitě a zdrojům potřebným pro proces to vedlo ke snížení GWP o 24 %. Pokud se proces dále optimalizuje a PCE zůstane po repasování stejný, může pokles GWP dosáhnout 33 %.

„Všimněte si, že navzdory plnému opětovnému použití dílů, které tvoří 62,4 % GWP, je snížení GWP (ve srovnání s původními moduly) v důsledku repasování podstatně nižší,“ uvedli vědci. „Je to kvůli dalším procesům potřebným pro repasování. Převážně chemická úprava v MA0/EtOH a acetonových lázních, ale také teplotně asistovaná mechanická separace skleněných substrátů a žíhání při 400 °C mají za následek nezanedbatelné emise ekvivalentní CO₂.“

Použitá strategie

Výzkumníci také zjistili, že stopa CO₂ elektřiny generované repasovanými systémy by mohla být nižší než u c-Si. V podmínkách německého Freiburgu a roční výrobě 1429,2 kWh/m² potřeboval repasovaný systém 10,7 let, aby měl nižší emise CO₂ na kilowatthodinu než moduly c-Si. To je srovnatelné s více než 16 lety s použitými panenskými moduly. Pokud účinnost perovskitu FV dosáhne účinnosti c-Si modulů, bude repasovaná stopa po pěti letech nižší.

,,Strategie renovace využívá rozpouštědla a úpravy, které nerozkládají anorganické složky zařízení, jako jsou vrstvy oxidů kovů," uvedla akademická skupina. ,,Tento přístup lze tedy také použít na širokou škálu zařízení s nipem a některých zařízení na bázi anorganických kolíků, u kterých očekáváme podobné snížení GWP."

Svá zjištění prezentovali v dokumentu „Remanufacturing Perovskite Solar Cells and Modules – A Holistic Case Study“. Ten se nedávno publikovál v ACS Sustainable Resource Management. Výzkumná skupina zahrnovala vědce z německého Fraunhoferova institutu pro solární energetické systémy (ISE), University of Freiburg a Philipps University of Marburg, švýcarského Solaronix a Švýcarského federálního technologického institutu Lausanne. Zúčastnili se také výzkumníci z Energy21 v Nizozemsku, University of Cambridge ve Spojeném království a Abdelmalek Essaadi University v Maroku.

Zdroj: pv-magazine, Vapol