研究背景
鈣鈦礦光伏（PVs）是下一代光伏技術之一，因其具有高效能和低成本的特點，逐漸應用于可持續能源生產等領域。與傳統的硅光伏材料相比，鈣鈦礦光伏具有更高的光電轉換效率和更低的生產成本，因此被視為具有廣闊前景的替代方案。然而，鈣鈦礦光伏在商業化過程中也面臨著一些問題，如廢棄模塊的環境污染和有毒廢料的管理等。因此，如何有效回收鈣鈦礦光伏廢料，減少資源消耗和環境影響，成為了當前亟待解決的挑戰。
為了解決這一問題，瑞典林雪平大學高峰、康奈爾大學尤峰崎合作在“Nature”期刊上發表了題為“Aqueous-based recycling of perovskite photovoltaics”的最新論文。該團隊設計了一種基于綠色溶劑的低成本整體回收策略，成功實現了鈣鈦礦光伏廢料的高效回收。通過采用水基鈣鈦礦回收方法，研究人員能夠將退化的鈣鈦礦材料修復并回收高純度的鈣鈦礦晶體，回收效率達到了99.0?±?0.4?wt%。此外，團隊還成功恢復了光伏組件中的所有關鍵功能材料，包括孔/電子傳輸層、鈣鈦礦層、銦錫氧化物（ITO）基板和覆蓋玻璃。
利用這一回收策略，研究團隊顯著提高了鈣鈦礦光伏器件的效率和穩定性，回收后的器件在性能上與新器件相當，表明該回收方法不僅有效減少了廢棄物的環境負擔，還能為鈣鈦礦光伏產業的可持續發展奠定基礎。研究還顯示，與傳統的填埋處理方法相比，回收策略在減少資源消耗和人體毒性影響方面取得了顯著成效。此外，該回收策略的應用有助于降低光伏系統的電力平準化成本，為住宅和公用事業系統的經濟性提供了新的解決方案。該研究為鈣鈦礦光伏模塊的整體回收提供了創新思路，為實現太陽能產業的可持續和循環經濟開辟了新的路徑。
研究亮點
1）實驗首次提出了一種基于綠色溶劑的整體回收策略，成功實現了鈣鈦礦光伏廢料的高效回收，恢復了鈣鈦礦光伏模塊中的關鍵功能材料，包括孔/電子傳輸層、鈣鈦礦層、ITO基板和覆蓋玻璃。該方法具有高回收效率和純度。
2）實驗通過使用水基溶液浸泡退化的鈣鈦礦材料，成功修復并回收高質量的鈣鈦礦晶體，實現了99.0?±?0.4?wt%的回收效率。通過反復的退化-回收過程，回收后的鈣鈦礦模塊在效率和穩定性方面與新器件相當，證明了該回收方法的有效性。
3）實驗進一步展示了該回收策略可以顯著減輕廢棄鈣鈦礦光伏模塊對環境的負擔，特別是在人體毒性（癌癥效應）和資源消耗方面的影響，同時還可以降低光伏系統的電力平準化成本。該回收方法對于實現可持續的鈣鈦礦光伏太陽能經濟具有重要意義。
圖文解讀
圖 1：基于水的鈣鈦礦回收解決方案
圖 2：鈣鈦礦回收
圖 3：整體和多輪回收
圖3：生命周期評估（LCA）和經濟分析結果
結論展望
本文整體回收策略的提出展示了通過綠色溶劑回收鈣鈦礦光伏模塊中的關鍵材料，既能高效恢復鈣鈦礦層、傳輸層等功能材料，又能顯著減少資源消耗和環境污染。特別是相比傳統的填埋處理，回收方式在減少人體毒性和資源枯竭方面具有明顯優勢，為鈣鈦礦光伏的未來應用鋪平了道路。其次，研究表明，多輪回收策略能有效降低平準化電力成本（LCOE），尤其在較短系統生命周期的情況下，回收策略表現出更為顯著的經濟優勢，降低了對新原材料的需求，緩解了資源供應壓力。這一成果不僅為鈣鈦礦光伏的商業化應用提供了綠色環保的解決方案，也為其他光伏技術的回收和循環利用提供了參考，推動了光伏行業向可持續、循環經濟轉型的步伐。未來，隨著回收技術的進一步完善，鈣鈦礦光伏有望在環保、經濟等多個維度上取得更大突破，促進清潔能源的普及應用。
原文詳情
Xiao, X., Xu, N., Tian, X. et al. Aqueous-based recycling of perovskite photovoltaics. Nature (2025).
https://doi.org/10.1038/s41586-024-08408-7
