In een studie gepubliceerd in Nature hebben onderzoekers van de Universiteit van Linköping een methode ontwikkeld om alle onderdelen van een zonnecel herhaaldelijk te recyclen zonder milieugevaarlijke oplosmiddelen. De gerecyclede zonnecel heeft dezelfde efficiëntie als de originele. De zonnecel is gemaakt van perovskiet en het belangrijkste oplosmiddel is water.

Het elektriciteitsverbruik zal naar verwachting de komende jaren drastisch toenemen met onder andere de ontwikkeling van AI en de overgang naar geëlektrificeerd transport. Om te voorkomen dat de verandering klimaatverandering veroorzaakt, moeten verschillende duurzame energiebronnen samenwerken.

Zonne-energie wordt al lang beschouwd als een groot potentieel en zonnepanelen op basis van silicium zijn al meer dan 30 jaar op de markt. Maar de eerste generatie siliciumzonnepanelen is aan het einde van hun levenscyclus, wat een onverwacht probleem heeft opgeleverd.

“Er is momenteel geen efficiënte technologie om het afval van siliciumpanelen te verwerken. Daarom belanden oude zonnepanelen op de vuilstort. Enorme bergen elektronisch afval waar je niets mee kunt doen,” zegt Xun Xiao, postdoc bij de afdeling natuurkunde, scheikunde en biologie (IFM) van de Universiteit van Linköping (LiU).

Feng Gao, hoogleraar opto-elektronica aan dezelfde afdeling, voegt toe: “We moeten recycling in overweging nemen bij het ontwikkelen van nieuwe zonneceltechnologieën. Als we niet weten hoe we ze moeten recyclen, moeten we ze misschien helemaal niet op de markt brengen.”

Vermijd een nieuwe stortplaats

Een van de meest veelbelovende technologieën voor de volgende generatie zonnecellen betreft perovskiet. Ze zijn niet alleen relatief goedkoop en eenvoudig te produceren, maar ook lichtgewicht, flexibel en transparant. Dankzij deze eigenschappen kunnen perovskietzonnecellen op veel verschillende oppervlakken worden geplaatst, zelfs op ramen. Bovendien kunnen ze tot 25 procent van de zonne-energie omzetten in elektriciteit, wat vergelijkbaar is met de huidige siliciumzonnecellen.

“Er zijn veel bedrijven die perovskietzonnecellen op dit moment op de markt willen brengen, maar wij willen een nieuwe stortplaats vermijden. In dit project hebben we een methode ontwikkeld waarbij alle onderdelen kunnen worden hergebruikt in een nieuwe perovskietzonnecel zonder dat dit ten koste gaat van de prestaties van de nieuwe cel”, zegt Niansheng Xu, postdoc bij LiU.

Echter, aangezien perovskiet zonnecellen momenteel een kortere levensduur hebben dan silicium zonnecellen, is het belangrijk dat perovskiet zonnecellen efficiënt en milieuvriendelijk worden gerecycled. Perovskiet zonnecellen bevatten ook een kleine hoeveelheid lood die nodig is voor een hoge efficiëntie, maar dit stelt ook hoge eisen aan een goed functionerend recyclingproces.

Daarnaast zijn er in grote delen van de wereld ook wettelijke vereisten voor producenten om afgedankte zonnecellen op een duurzame manier in te zamelen en te recyclen.

Water als oplosmiddel

Er zijn al methoden om perovskiet zonnecellen te ontmantelen. Dit omvat meestal het gebruik van een stof genaamd dimethylformamide, een veelvoorkomend ingrediënt in verfoplosmiddelen. Het is giftig, schadelijk voor het milieu en potentieel kankerverwekkend. Wat de onderzoekers van Linköping nu hebben gedaan, is in plaats daarvan een technologie ontwikkelen waarbij water kan worden gebruikt als oplosmiddel bij het ontmantelen van de afgebroken perovskieten. En nog belangrijker, hoogwaardige perovskieten kunnen worden gerecycled uit de wateroplossing.

“We kunnen alles recyclen – van glas, elektroden, perovskietlagen tot de ladingstransportlaag”, zegt Xun Xiao.

De volgende stap voor de onderzoekers is het ontwikkelen van de methode voor gebruik op grotere schaal in een industrieel proces. Op de lange termijn geloven ze dat perovskietzonnecellen een belangrijke rol kunnen spelen bij het leveren van energie wanneer de omliggende infrastructuur en toeleveringsketens aanwezig zijn.

De studie werd gefinancierd door de Knut and Alice Wallenberg Foundation, het Wallenberg Initiative Materials Science for Sustainability, het Zweedse Energieagentschap en via het strategische gebied van geavanceerde functionele materialen van de Zweedse overheid, AFM, aan de Universiteit van Linköping. Onderzoekers Xun Xiao, Niansheng Xu en Feng Gao hebben patenten aangevraagd op de hierboven beschreven technologie.