研究人员强调了长期制造钙钛矿太阳能电池板的机会

处于新兴光伏(PV)技术前沿的研究人员正在思考如何扩大、部署和设计未来的太阳能电池板，以便于回收。

钙钛矿制成的太阳能电池板最终可能会在全球脱碳努力中发挥重要作用，以减少温室气体排放。随着这项技术从测试阶段逐渐显现，现在正是认真思考如何最好地设计太阳能电池板以最大限度地减少几十年后对环境的影响的绝佳时机。

美国能源部(DOE)国家可再生能源实验室(NREL)高级研究员、《自然材料》杂志新发表文章的合著者乔伊·路德(JoeyLuther)表示：“当你拥有一项处于早期阶段的技术时，你就有能力对其进行更好的设计。这是一个全新的开始。”

“在现阶段，推动钙钛矿光伏技术向可持续性发展更有意义。我们正在考虑如何确保我们现在拥有可持续的产品，而不是在其实际使用寿命结束时处理可持续性问题。”

文章指出，光伏研究界具有重要的影响力，可以优先考虑再制造、回收(又称“循环经济”)和可靠性方面的努力，从而使钙钛矿光伏成为市场上最可持续的能源之一。

“钙钛矿可以开启高效光伏的下一个发展阶段，我们有责任确保它们能够可持续地制造、使用和回收，”这项研究的主要作者、美国国家可再生能源实验室(NREL)的前研究生凯文·普林斯(KevinPrince)说，他目前正在德国柏林亥姆霍兹中心研究钙钛矿。

硅制成的太阳能电池板占据了整个行业的主导地位，虽然它们具有巨大的环境和气候效益，但它们最初并不是为“循环”而设计的。另一项领先的太阳能技术——碲化镉(CdTe)，从该技术诞生之初就建立了一个回收计划，部分原因是为了解决碲化物的稀缺问题。所有形式的技术制造都会带来环境成本，例如回收挑战和使用潜在的有毒化学品。但钙钛矿正处于一个转折点，因此现在有机会解决这些问题。

最有效的循环经济始于设计阶段，考虑材料采购、制定产品长寿命战略并规划报废管理。研究人员表示，评估太阳能电池板制造对环境影响最具代表性的方法是研究生产过程中释放的碳排放、隐含能量、可持续材料采购和模块循环性。

期刊文章指出了钙钛矿太阳能电池板每个组件的关键可持续性问题。例如，可以用其他化学性质相似的金属(如锡)稀释铅，以减少未来电池板中的铅含量。然而，到目前为止，这些替代品是以牺牲光伏效率和耐用性为代价的，在这些拟议的半导体准备好用于模块之前，需要进行更多的研究。

研究人员建议，钙钛矿研究电池中使用的昂贵贵金属(包括银和金)应被低成本的替代品(如铝、铜或镍)取代，用于商业模块。他们还指出，氟锡氧化物将是电池前电极更实用的材料，而不是铟锡氧化物中使用的稀缺铟。

“我们希望在制造过程中将能耗降到最低，”卢瑟说。“我们希望在制造过程中将排放量降到最低。目前，我们有机会审视这些组件。我认为我们不必改变任何东西。这更多的是一个应该做出什么决定的问题，这些争论当然应该讨论。”

作者强调了思考钙钛矿面板循环性的不同方式。例如，当拆卸旧模块以使用某些部件制造新模块时，再制造就会发挥作用。而回收则要求将废料转化为可精炼和再利用的原材料。

需要注意的一个组件是专用玻璃，它为钙钛矿太阳能电池组件提供结构支撑，并在保持透明的同时提供防风雨保护，以最大限度地利用阳光。随着光伏部署的增长，建立玻璃回收途径将变得更加重要。目前，玻璃制造需要原材料，并且是一个能源密集型过程。

光伏研究员、论文合著者西尔瓦娜·奥瓦伊特(SilvanaOvaitt)解释说，随着电网本身的电力变得更加清洁，太阳能电池板的制造也将更加清洁，从而进一步减少排放。

“另一个担忧是最终模块和原始玻璃的运输，因为它们是最重的物品，”奥瓦伊特说。“本地制造将是减少碳排放影响的好方法。”

研究人员解释称，提高光伏组件的耐用性，从而延长其使用寿命，是减少净能源、能源回报和碳排放的更有效方法，而不是单纯为了循环性而设计。尽管太阳能电池板的设计可以以最终结果为出发点，但更长的使用寿命意味着它不需要经常回收。

“最终，我们希望让它们尽可能耐用，”卢瑟说。“但我们也希望考虑到何时会出现这种情况。我们希望仔细考虑如何拆卸它们并重新使用关键部件。”

其他合著者均来自NREL，他们是HeatherMirletz、E.AshleyGaulding、LanceWheeler、RossKerner、XiaopengZheng、LauraSchelhas、PaulTracy、ColinWolden、JosephBerry和TeresaBarnes。