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
