近年来，太阳能取得了重大进展。电池板的价格急剧下降，据报道，过去十年全球太阳能市场的整体年增长率约为 24%。尽管近期特朗普政府提出了强烈反对，但它仍未停止增长。预计到 2028 年，美国太阳能产业协会估计全球太阳能市场的规模将达到三倍。预计的增长至少有一部分将得益于由钙钛矿材料制成的新一代太阳能电池的广泛开发，其能量效率高于其硅基前代产品。但有一个问题。这些备受追捧的钙钛矿电池也非常难以回收。这种固有的不可重复使用性可能会带来额外的环境挑战，因为太阳能电池需要大量难以获取的关键矿物质来自世界各地。
瑞典林雪平大学的研究人员认为，他们可能找到了一个解决方案，可以让太阳能制造商两全其美。使用一种新设计的回收技术，研究人员能够使用水溶剂完全分解处于生命周期末期的钙钛矿太阳能电池。当他们使用回收的材料制造一个全新的太阳能电池时，他们发现其整体效率与第一个非回收的迭代相同。理论上，这一过程可以扩大规模，以帮助制造完全可回收、高能效的太阳能电池，而无需使用对环境有害的化学物质来分解。重复使用同一太阳能电池也可以在长期内有助于进一步降低太阳能价格。
“我们可以回收所有东西——覆盖玻璃、电极、钙钛矿层，以及电荷传输层，”林雪平大学博士后、该论文的合著者 Xun Xiao 在一份声明中说。研究人员本周在《自然》杂志上公布了他们的发现。
研究人员用清水取代了有毒化学工艺
钙钛矿太阳能电池板来源于一类因其高能量保持率和低生产成本而备受重视的元素。（与大多数传统硅基电池的 15-20% 相比，这些类型的电池能够将 25% 的太阳能转化为电能）。标准的方法是将其浸泡在二甲基甲酰胺中，这是一种最常用于油漆溶剂的化学物质。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。
“在开发新兴太阳能电池技术时，我们需要考虑回收，”林雪平大学教授、该论文的合著者 Feng Gao 在一份声明中说。“如果我们不知道如何回收它们，也许我们根本就不应该将它们推向市场。”
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研究人员采取了不同的方法，而是选择创造一种无毒的水基溶剂，其中包含乙酸钠、碘化钠和次磷酸添加剂。引入乙酸钠有助于分解太阳能电池的各个材料。相比之下，添加碘化钠是为了帮助重塑分离出的钙钛矿晶体，以便将来可以再次用于制造新的太阳能电池。添加次磷酸是为了帮助溶液随着时间的推移保持稳定。研究人员将水加热到 80 摄氏度 20 分钟，然后将电池浸入其中，以进一步帮助拆卸过程。然后通过以每分钟 5,000 转的速度旋转三分钟的离心机分离新回收的钙钛矿晶体和剩余液体。
完成该过程后，研究人员便能够使用回收的材料制造新的太阳能电池。至关重要的是，新电池的能效与回收前的电池一样高。研究人员能够重复此过程几次，而新电池的能量输出没有损失。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基太阳能电池板的使用寿命延长数倍。研究人员估计，与一次生命周期后被丢弃在垃圾填埋场的新太阳能电池板相比，他们的方法减少了 96.6% 的总体资源消耗。
虽然这种水基回收方法在大规模工业应用中的表现如何尚不完全清楚，但水法为使未来可再生能源基础设施更具可持续性提供了一条可能的途径。这些发现来得正合时宜。大规模、耗能巨大的 AI 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。尽管其中很大一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，从而使其在经济上更具吸引力。
