سلول‌های خورشیدی در خط مقدم انرژی‌های تجدیدپذیر قرار دارند، اما پایداری آن‌ها همواره چالشی بزرگ بوده است. اکنون، تیمی از دانشمندان روشی نوآورانه برای بازیافت مؤثر این سلول‌ها ارائه کرده‌اند که می‌تواند تحولی بزرگ در مبارزه با ضایعات الکترونیکی ایجاد کند.
این تنها یک راه‌حل ساده نیست، بلکه گامی مهم به سمت پایداری و تغییری اساسی در بحران جهانی انرژی به شمار می‌رود.
محققان راهی را توسعه داده‌اند که تمامی اجزای سلول‌های خورشیدی پروسکایتی را بدون استفاده از حلال‌های مضر بازیافت کند. نکته شگفت‌انگیز این است که سلول‌های بازیافتی همان بازدهی نمونه‌های اولیه و فرآوری‌نشده خود را حفظ می‌کنند.
حتی جالب‌تر این است که این پیشرفت با استفاده از یک ماده ساده اما مؤثر، یعنی آب، به دست آمده و جایگزینی پایدار برای مواد شیمیایی سمی معمول ارائه کرده است.
تأمین انرژی آینده با سلول‌های خورشیدی
با افزایش روند برق‌رسانی در بخش‌های مختلف، از فناوری‌های دیجیتال گرفته تا وسایل نقلیه، مصرف انرژی رو به افزایش است.
برای جلوگیری از تأثیرات منفی این افزایش بر تغییرات اقلیمی، منابع انرژی پایدار متعددی باید با هم ترکیب شوند. انرژی خورشیدی مدت‌ها است که به‌عنوان یکی از بازیگران کلیدی در این عرصه شناخته می‌شود.
پنل‌های خورشیدی مبتنی بر سیلیکون بیش از سه دهه در بازار تجاری حضور داشته‌اند. اما چرخه عمر آن‌ها رو به پایان است و این موضوع منجر به ایجاد یک مشکل بزرگ در زمینه ضایعات می‌شود.
چالش ضایعات پنل‌های خورشیدی
دکتر “زون شائو”، نویسنده اصلی این مطالعه و پژوهشگر پسادکتری در دپارتمان فیزیک، شیمی و زیست‌شناسی دانشگاه “لینشوپینگ” می‌گوید:
“در حال حاضر هیچ فناوری کارآمدی برای مدیریت ضایعات پنل‌های سیلیکونی وجود ندارد. به همین دلیل، پنل‌های خورشیدی قدیمی اغلب به محل‌های دفن زباله ختم می‌شوند، جایی که کوه‌هایی از زباله‌های الکترونیکی بی‌استفاده روی هم انباشته می‌شوند.”
ظهور فناوری‌های نوین سلول خورشیدی
محققان بر توسعه فناوری‌هایی تمرکز دارند که از ابتدا امکان بازیافت را در نظر بگیرند.
دکتر “فِنگ گائو”، استاد اپتوالکترونیک و یکی از نویسندگان این مطالعه، می‌گوید:
“ما باید بازیافت را در توسعه فناوری‌های جدید سلول خورشیدی مدنظر قرار دهیم. اگر ندانیم چگونه آن‌ها را بازیافت کنیم، شاید بهتر باشد که اصلاً آن‌ها را به بازار عرضه نکنیم.”
سلول‌های خورشیدی پروسکایتی کم‌هزینه، سبک، انعطاف‌پذیر و شفاف هستند و تولید آن‌ها نیز ساده است.
این سلول‌ها توانایی تبدیل ۲۵٪ از انرژی خورشیدی به برق را دارند، که با کارایی پنل‌های سیلیکونی مدرن برابری می‌کند.
دکتر “نیان‌شِنگ شو”، یکی دیگر از نویسندگان این مطالعه، اظهار داشت:
“شرکت‌های زیادی تمایل دارند سلول‌های خورشیدی پروسکایتی را به بازار عرضه کنند، اما ما نمی‌خواهیم مشکل جدیدی از زباله‌های الکترونیکی ایجاد کنیم. در این پروژه، روشی را توسعه داده‌ایم که در آن همه اجزا می‌توانند مجدداً در سلول خورشیدی جدید استفاده شوند، بدون اینکه عملکرد آن کاهش یابد.”
بازیافت پروسکایت با آب
اگرچه سلول‌های خورشیدی پروسکایتی عمر کوتاه‌تری نسبت به پنل‌های سیلیکونی دارند، بازیافت کارآمد و دوستدار محیط‌زیست آن‌ها بسیار حیاتی است.
این سلول‌ها مقدار کمی سرب دارند که برای بازدهی بالا ضروری است و این موضوع نیاز به یک فرآیند بازیافت کارآمد را بیشتر می‌کند.
روش‌های موجود برای بازیافت این سلول‌ها معمولاً به حلال‌های سمی و مخرب محیط‌زیست نیاز دارند که برخی از آن‌ها حتی سرطان‌زا هستند.
اما محققان دانشگاه لینشوپینگ این مواد سمی را با آب جایگزین کرده‌اند. نتیجه؟ پروسکایتی باکیفیت که بدون کاهش عملکرد از محلول آبی بازیافت شده است.
این دستاورد نه‌تنها زباله‌های خطرناک را از بین می‌برد، بلکه فرآیند بازیافت را ساده‌تر و اجرای آن را در مقیاس وسیع ممکن می‌سازد.
دکتر شائو در این باره می‌گوید:
“ما می‌توانیم همه چیز را بازیافت کنیم – شیشه‌های پوششی، الکترودها، لایه‌های پروسکایت و حتی لایه انتقال بار.”
اقتصاد پایدار انرژی خورشیدی
محققان قصد دارند این روش را برای استفاده در مقیاس بزرگ‌تر توسعه دهند و امیدوارند که سلول‌های خورشیدی پروسکایتی نقش مهمی در تأمین انرژی آینده ایفا کنند، مشروط بر اینکه زیرساخت‌های لازم فراهم شود.
در این مطالعه آمده است:
“ما نشان می‌دهیم که استراتژی بازیافت ما می‌تواند به‌طور چشمگیری بار زیست‌محیطی ناشی از ضایعات ماژول‌های پروسکایتی را کاهش دهد، به‌ویژه در زمینه تأثیرات سمی برای انسان و کاهش منابع. همچنین این روش می‌تواند هزینه تولید برق را به‌طور قابل‌توجهی کاهش دهد.”
“این مطالعه فرصت‌های منحصربه‌فردی را برای بازیافت جامع ماژول‌های پروسکایتی نشان می‌دهد، فرصتی که برای سایر فناوری‌های فتوولتائیک تقریباً غیرممکن است. این یک گام مهم در جهت ایجاد اقتصادی پایدار و چرخه‌ای در صنعت خورشیدی آینده خواهد بود.”
این پژوهش به‌طور کامل در مجله Nature منتشر شده است.
