Солнечные панели — это сложные технологические элементы, которые в конце своего срока службы превращаются в большие громоздкие листы электронных отходов. Подумайте об этом: срок службы солнечных панелей ограничен 30 годами, поэтому ожидается, что глобальные отходы от вышедших из эксплуатации солнечных панелей достигнут 8 миллионов тонн к 2030 году и 80 миллионов тонн к 2050 году.
В настоящее время в большинстве стран мира нет планов по решению этой проблемы отходов; однако группа ученых из Агентства по науке, технологиям и исследованиям (A*STAR) и Наньянского технологического университета в Сингапуре (NTU Singapore), возможно, нашла панацею от этой нарастающей проблемы.
Согласно исследованию, опубликованному в журнале Advanced Materials , ученые разработали новую технологию, которая может превратить просроченные солнечные панели в новый высокоэффективный термоэлектрический материал, собирающий энергию — материал поглощает тепло и преобразует его в электричество.
Превратить ограничение в возможность
Чтобы добраться до сути этой проблемы, вам нужно знать архитектуру солнечных элементов, которые являются строительными блоками солнечных панелей. Солнечные элементы состоят из кремния, алюминия, меди, серебра, свинца и сложной смеси других материалов.
Перерабатывать такие материалы по отдельности сложно, поэтому текущие процедуры переработки в основном сосредоточены на стекле и металлической опорной конструкции, в то время как кремний, который составляет 90 процентов солнечных элементов, попадает на свалки. К сожалению, переработанный кремний имеет примеси и дефекты, которые не позволяют использовать его для изготовления функциональных солнечных элементов.
В последнем исследовании ученые решили превратить это ограничение в возможность и превратили старые солнечные элементы в усовершенствованный термоэлектрический материал. Этот метод использует преимущества термоэлектрических характеристик, отличающихся от характеристик солнечных элементов, где наличие примесей и дефектов имеет тенденцию улучшать, а не ухудшать характеристики.
Это полезно в производстве компонентов возобновляемых источников энергии
Чтобы достичь этого, исследователи использовали технологию шаровой мельницы для измельчения солнечных элементов в мелкий порошок, что позволило им придать термоэлектрические свойства, такие как преобразование энергии и эффективность охлаждения, выброшенному кремнию. После этого для изменения исходных свойств добавлялись порошки фосфора и германия перед обработкой порошковой смеси методом искрового плазменного спекания при высокой температуре.
Исследователи разработали образец с наиболее оптимизированными термоэлектрическими характеристиками, с рекордно высокой термоэлектрической добротностью (zT) 0,45 при 873 К, которая является лучшей среди термоэлектриков на основе элементарного кремния. Это чрезвычайно важно, поскольку такие технологии могут продлить жизненный цикл различных продуктов и сократить количество отходов для развития экономики замкнутого цикла.
«Используя наши методы восстановления ресурсов и в сотрудничестве с A*STAR, мы доказали, что они могут давать ценные высококачественные материалы, которые можно использовать в производстве компонентов возобновляемой энергии, что в данном случае является разработкой высокого термоэлектрический материал с высокими эксплуатационными характеристиками, который может собирать тепло и превращать его в электричество», — сказал соавтор, доцент NTU Нрипан Мэтьюз, который является директором кластера возобновляемых источников энергии и низкоуглеродной генерации в Институте энергетических исследований.
