روش جدیدی امکان بازیافت سلول های خورشیدی سازگار با محیط زیست را فراهم می کند

13 آوریل 2023 -توسط جنی پالم، دانشگاه صنعتی چالمرز

الف) تقسیم یک سلول خورشیدی انعطاف پذیر CIGS 15.6 × 15.6 سانتی متر مربع به 8 نمونه یکسان و ب) روش برش بیشتر هر نمونه مورد استفاده در آزمایش ها. اعتبار: مواد انرژی خورشیدی و سلول های خورشیدی  2023 DOI: 10.1016/j.solmat.2022.11217

با استفاده از یک روش جدید، فلزات گرانبها را می توان به طور موثر از سلول های خورشیدی لایه نازک بازیابی کرد. این را تحقیقات جدید دانشگاه فناوری چالمرز سوئد نشان می دهد. این روش همچنین نسبت به روش‌های قبلی بازیافت دوست‌دار محیط‌زیست است و راه را برای سلول‌های خورشیدی انعطاف‌پذیرتر و کارآمدتر هموار می‌کند.

امروزه دو نوع اصلی سلول خورشیدی وجود دارد. رایج ترین آنها بر پایه سیلیکون است و 90 درصد بازار را به خود اختصاص داده است. نوع دیگر سلول های خورشیدی لایه نازک نام دارد که به نوبه خود از سه فناوری فرعی اصلی استفاده می کند که یکی از آنها به نام CIGS (مس ایندیم گالیوم سلنید) شناخته می شود و از لایه ای از فلزات مختلف از جمله ایندیم و نقره تشکیل شده است. سلول های خورشیدی لایه نازک تا حد زیادی موثرترین فناوری های تجاری موجود امروزی هستند. آنها همچنین می توانند خم شونده و سازگار شوند، به این معنی که می توان از آنها در بسیاری از مناطق مختلف استفاده کرد.

مشکل این است که تقاضا برای ایندیم و نقره زیاد است و افزایش تولید با مقدار فزاینده ضایعات تولید همراه است که حاوی مخلوطی از فلزات ارزشمند و مواد خطرناک است. بنابراین، توانایی جداسازی فلزات جذاب از سایر مواد، هم از نظر اقتصادی و هم از نظر زیست محیطی بسیار ارزشمند می شود، زیرا می توان از آنها در محصولات جدید استفاده مجدد کرد.

حذف هر گونه آلودگی و بازیافت بسیار مهم است، به طوری که مواد تا حد ممکن تمیز شوند. تاکنون برای موفقیت از حرارت بالا و مقدار زیادی مواد شیمیایی استفاده شده است، که فرآیند گران قیمتی است که سازگار با محیط زیست نیز نیست.

Ioanna Teknetzi،دانشجوی دپارتمان شیمی و مهندسی شیمی به همراه بورکاک ایبین و استلان هولگرسون نتایج جدید خود را در مجله مواد انرژی خورشیدی و سلول های خورشیدی منتشر کردند.

اکنون تحقیقات آنها نشان می دهد که یک فرآیند بازیافت سازگار با محیط زیست می تواند نتیجه مشابهی داشته باشد.

“ما هم خلوص و هم شرایط بازیافت سازگار با محیط زیست را در نظر گرفتیم و نحوه جداسازی فلزات در سلول های خورشیدی لایه نازک را در محلول های اسیدی از طریق روشی به نام لیچینگ مطالعه کردیم. همچنین باید از مواد شیمیایی استفاده کنیم.

تکنتزی می گوید: برای بررسی خلوص ایندیم و نقره بازیافت شده، غلظت ناخالصی های احتمالی را نیز اندازه گیری کردیم و دیدیم که بهینه سازی می تواند این موارد را کاهش دهد.

محققان نشان دادند که امکان بازیابی 100 درصد نقره و حدود 85 درصد از ایندیم وجود دارد. این فرآیند در دمای اتاق بدون افزودن حرارت انجام می شود.

Ebin می گوید: “یک روز طول می کشد، که کمی طولانی تر از روش های سنتی است، اما با روش ما، مقرون به صرفه تر و برای محیط زیست بهتر می شود. امید ما این است که تحقیقات ما بتواند به عنوان مرجعی برای بهینه سازی فرآیند بازیافت و هموارسازی راه برای استفاده از این روش در مقیاس بزرگتر در آینده استفاده شود.  

روش

• فیلم از سلول خورشیدی با توجه به مواد، ترکیب شیمیایی، اندازه ذرات و ضخامت آنالیز می شود. سلول خورشیدی در ظرفی با محلول اسید در دمای مورد نظر قرار می گیرد. از هم زدن برای تسهیل انحلال فلزات در محلول اسید استفاده می شود. به این فرآیند لیچینگ می گویند.
• اثر شستشو و واکنش های شیمیایی با تجزیه و تحلیل نمونه های گرفته شده در زمان های خاص در طول فرآیند لیچینگ ارزیابی می شود. فلزات مختلف در زمان های مختلف شسته می شوند. این بدان معنی است که می توان این فرآیند را قبل از شروع انحلال تمام فلزات متوقف کرد که به نوبه خود به دستیابی به خلوص بالاتر کمک می کند.
• هنگامی که لیچینگ کامل شد، فلزات مورد نظر به صورت یون در محلول قرار می گیرند و به راحتی می توان آنها را خالص کرد تا در ساخت سلول های خورشیدی جدید استفاده شود.