闵杰课题组实现有机太阳能电池主要组分材料高效回收循环利用

发布时间:2024-06-28 15:03 来源:高等研究院 阅读:
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新闻网讯(通讯员高妍)近日,Joule以研究性论文(Research Article)的形式在线发表高等研究院闵杰教授课题组在有机太阳能电池关键材料回收循环利用方面取得的新进展。论文题为“Cost-Efficient Recycling of Organic Photovoltaic Devices”(《有机光伏器件的经济高效回收》)。高等研究院副研究员孙瑞为论文第一作者,闵杰教授为论文通讯作者,武汉大学高等研究院为第一署名单位/唯一通讯单位。

溶液加工有机光伏(OPVs)因其轻质、半透明、多彩和可柔性制备等优势,具有广泛的应用前景,如可穿戴电子产品、自供电设备和光伏建筑一体化。与其他光伏技术相比,OPVs的潜在竞争力在于其功能层均可通过溶液加工,从而实现极低的加工成本。然而,构成OPV器件的主要部件材料(包括活性层材料、界面层材料、金属电极材料以及透明导电玻璃基板材料)成本极高,使得现阶段实现OPV应用变得困难。因此,除了设计高性能、低成本的功能层材料以外,迫切需要开发一种通用的废弃OPV器件回收协议,实现主要部件材料的快速分离、回收和再利用,可有效节省原材料、能源和生产时间,对推动OPVs应用意义重大。

有机光伏器件主要材料回收循环利用的示意图

基于此,闵杰教授团队创新提出并实施了OPV器件与组件回收路径,实现了主要组分材料的高效回收循环利用。课题组成员首先使用质子溶剂(水和异丙醇)和非质子极性溶剂(丙酮)去除ITO基底上残留的空穴传输层材料PEDOT:PSS,并进行清洁、回收ITO基底。研究发现,该回收路径不会破坏ITO基底的本征物性。基于多次循环回收的基底所制备的器件与原材料制备的器件相比,效率(PCE)并没有损失。而且,该方法同样适用于柔性导电基底的回收和再利用。此外,对于回收溶液中沉淀的银电极材料,不同于已报道的氯化银(AgCl)回收方法,该回收协议可通过氨水参与的络合反应,并结合管式炉加热方法,可实现银纳米颗粒材料高达99.01%的产率和99.06 wt%的纯度回收。更为重要的是,闵杰团队通过层析柱方法有效地分离、纯化及回收了活性层给受体材料(PM6和Y6)。进一步,通过共混回收聚合物PM6和原始PM6材料,并结合回收ITO基底、银电极和Y6受体材料,成功制备出与原始器件性能相当的新制器件,证明了该回收协议的有效性和优越性。

基于上述结果,课题组以单个封装的刚性组件为例,分析了工业场景下器件制备的主要组分材料成本。结合回收收益以及回收过程中的成本支出可知,该回收方案可在工业生产场景中节省14.24美元/平方米。

闵杰团队开发了一种通用的废弃OPV器件回收协议,实现主要部件材料的快速分离、回收和再利用,可有效节省原材料、能源和生产时间,对OPV领域的发展具有一定的指导意义。

该研究得到了国家自然科学基金和中央高校基本科研业务费的资助。武汉大学科研公共服务条件平台为此项工作的开展提供了有力的支撑。

论文连接:https://doi.org/10.1016/j.joule.2024.06.006

(编辑:赵冀帆)

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