最新Nature子刊：钙钛矿光伏组件回收利用更具优势

目前，光伏发电在世界范围内快速发展，光伏产业正逐渐成为全球电力市场的重要组成部分。其中，第三代光伏（PV）技术主要使用廉价、通用的材料，以取代传统的活性材料，因此将进一步降低成本、提高可扩展性，并提高太阳能电池部署的灵活性。最近研究表明，环境热点材料和工艺，如贵金属和热蒸发，在钙钛矿太阳能电池（PSCs）制造中仍很受欢迎，因为它们便于在实验室中制备出PSCs原型。然而，这些材料和工艺可能会给扩大规模和大规模商业化带来技术或经济困难。当在PSCs模块的工业制造所用的材料或工艺步骤上不断创新时，回收利用可以成为节约能源和保护环境的有效途径。生命周期评估（LCA）被广泛用于系统地评估特定产品在整个生命周期中的环境影响。PSCs存在三种典型的报废情况：回收、垃圾填埋和模块故障以及随后的意外释放。其中，垃圾填埋处理考虑不周可能会导致材料和能源的严重浪费以及环境污染。因此，系统评估和突出PSCs回收相对于垃圾填埋场处置的优势是一个未满足的需求。

在2021年6月24日，美国康奈尔大学Fengqi You教授（通讯作者）等人报道了他们通过对各种钙钛矿太阳能电池（PSC）架构的从出生到报废的生命周期评估（LCA），发现具有导电氧化物和高能耗加热过程的基板是一次能源消耗、全球变暖潜势和其他类型影响的最大贡献者。因此，作者将重点放在这些材料和工艺上，扩展到“cradle-to-cradle”的分析，并将回收作为报废的场景。结果表明，循环利用策略可以使能源回收时间减少72.6%，温室气体排放因子减少71.2%。最佳的可回收模块结构可以表现出极短的能源回收时间为0.09年，温室气体排放因子低至每千瓦时13.4 g CO₂当量，因此其超越了所有其他竞争对手，包括市场领先的硅，每千瓦时1.3-2.4 年和22.1-38.1 g CO₂当量。最后，作者使用敏感性分析来强调延长器件寿命的重要性，并且量化了由不成熟的制造工艺、不断变化的操作条件和每个模块的个体差异引起的不确定性的影响。

在文中，作者通过比较使用六种溶剂处理的PSCs从“cradle-to-grave”或“cradle-to-cradle”的LCA，研究了PSCs的器件架构和回收策略。几乎可以肯定，该行业将通过减少材料消耗和采用能源强度较低的加工步骤，继续创新和优化用于规模化的实验室规模PSCs。因此，作者基于实验室规模数据的计算提供了保守的见解，并作为EPBT、温室气体排放和其他指标的上限。回收和稳定性是提高PSCs可持续性的两个重要且相互交织的起点。增强稳定性可以减少回收工作的频率，减轻因不成熟的回收操作而导致的能源强度。此外，更高的稳定性降低了对刚性封装的依赖，进一步促进了回收过程。通过同时考虑高稳定性和增加回收工作，PSCs显示出更加能源和环境可持续性的巨大潜力，为商业规模钙钛矿光伏的持续发展提供指导。

Life cycle assessment of recycling strategies for perovskite photovoltaic modules. Nature Sustainability, 2021, DOI: 10.1038/s41893-021-00737-z.