Forskare vid Linköpings universitet har utvecklat en metod för att återvinna alla delar av en solcell utan miljöfarliga lösningsmedel – och utan att tappa effektivitet.
Solcellen är tillverkad av materialet perovskit och lösningsmedlet är vatten. Studien är publicerad i Nature.
Elanvändningen förutspås öka drastiskt de kommande åren med utvecklingen av AI och omställningen till elektrifierade transporter. För att förändringen inte ska driva på klimatförändringarna behöver hållbara energikällor samverka.
Solenergi har länge ansetts ha stor potential och solceller baserade på kisel har funnits på marknaden i över 30 år. Men den första generationens kiselceller är i slutet av sin livscykel vilket har skapat ett oväntat problem.
– I dagsläget finns det ingen effektiv teknik för att ta hand om avfallet. Därför hamnar gamla solpaneler på soptippen. Det blir stora berg med elektronikavfall som det inte går att göra något med. säger Xun Xiao, postdok vid Institutionen för fysik, kemi och biologi, IFM, vid Linköpings universitet, LiU.
– Vi måste ha återvinning i åtanke redan när vi utvecklar nya solcellstekniker. Vet vi inte hur vi ska återvinna tekniken innan vi sätter det på marknaden ska vi inte sätta den på marknaden alls, säger Feng Gao, professor i optoelektronikvid samma institution.
Vill undvika nytt sopberg
En av de mest lovande teknikerna för nästa generations solceller är gjorda av materialet perovskit. De är relativt billiga och enkla att tillverka men också lätta, flexibla och genomskinliga vilket innebär att de kan placeras på många olika underlag, till och med på fönster.
Dessutom kan de omvandla upp emot 25 procent av solens energi till elektricitet vilket är jämförbart med dagens kiselsolceller.
– Det finns många företag som vill få ut perovskitsolceller på marknaden redan nu, men vi vill gärna undvika ett till sopberg. I det här projektet vi utvecklat en metod där alla delar går att återanvända i en ny perovskitsolcell utan att prestandan blir sämre i den nya, säger Niansheng Xu, postdok vid IFM.
Med tanke på att perovskitsolcellerna i nuläget har en kortare livslängd än kiselsolceller är det viktigt att återvinningen blir effektiv och miljövänlig. Perovskitsolceller innehåller dessutom en liten mängd bly som är nödvändig för hög effekt men det ställer också stora krav på en fungerade återvinningsprocess.
Lagkrav på återvinning
Utöver det finns även lagkrav i stora delar av världen på att producenter ska samla in och återvinna uttjänta solceller på ett hållbart sätt.
Det finns redan idag metoder för att demontera perovskitsolceller. Vanligen används ett ämne som kallas dimetylformamid, en vanlig ingrediens i lösningsmedel för färger. Det är giftigt, miljöfarligt och potentiellt cancerogent. Det Linköpingsforskarna nu gjort är att i stället utveckla en teknik där vatten går att använda som lösningsmedel för demonteringen av det uttjänta perovskitmaterialet. Den största fördelen är att högkvalitativ perovskit går att återvinna direkt från vattenlösningen till en ny solcell.
– Vi kan ta vara på allt – täckglas, elektroder, perovskitlager och även laddningstransportlagret, säger Xun Xiao.
Nästa steg för forskarna är att utveckla metoden så att den fungerar i större skala i en industriell process. På lång sikt tror de att perovskitceller kan spela en viktig roll för världens energiförsörjning när omgivande infrastruktur och leveranskedjor gör det möjligt.
Studien finansierades av Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, Wallenberg Initiative Materials Science for Sustainability, Energimyndigheten samt via den svenska regeringens strategiska forskningsområde inom avancerade funktionella materiel, AFM, vid Linköpings universitet.
Forskarna Xun Xiao, Niansheng Xu och Feng Gao har ansökt om patent på tekniken som beskrivs ovan.
