突破！利用激光将太阳能电池板寿命延长至50年

2024-04-29 16:12

近日，美国能源部旗下的国家可再生能源实验室（NREL）取得了一项革命性的突破，他们开发了一种概念验证方法，旨在从太阳能电池板制造中彻底去除聚合物，从而实现更高效、更环保的回收利用。

一直以来，太阳能电池板以其可回收性而备受赞誉。然而，制造过程中所使用的薄塑料层却带来了阻碍有效回收硅、银等宝贵材料的挑战。

为了解决这一难题，NREL的科研团队另辟蹊径，提出了一种直接在太阳能电池中实施玻璃对玻璃焊接的创新方案。

这一方案的核心在于利用红外飞秒激光技术。通过精准控制激光脉冲，在极短的时间内将能量聚焦于太阳能电池板的特定区域，形成坚固耐用的玻璃对玻璃焊缝。值得一提的是，飞秒激光技术已经在医疗眼科手术领域得到了广泛应用，如白内障手术等，其安全性和可靠性得到了充分验证。

通过激光焊接，太阳能电池板中的塑料层压板需求被彻底消除，从而极大地简化了回收过程。在电池板使用寿命结束后，这些由激光焊接制成的模块可以轻松破碎，其中的玻璃和金属线得以顺利回收，而硅材料也可实现重复利用。

NREL化学与纳米科学系高效晶体光伏小组的高级科学家David Young表示：“大多数回收者都普遍认为，聚合物是导致回收过程受阻的主要问题。我们这项技术的出现，无疑为太阳能电池板的回收利用带来了全新的可能。”

这项研究成果已经发表在IEEE《光伏杂志》（Journal of Photovoltaics）上。研究团队指出，激光焊接技术具有广泛的适用性，不仅适用于硅材料，还可与钙钛矿、碲化镉等多种材料配合使用。由于激光的高度聚焦特性，产生的热量被限制在极小的范围内，不会对电池材料造成损伤。同时，玻璃内部的焊缝强度与玻璃本身相当，确保了模块的长期稳定性和耐用性。

Young进一步解释说：“只要玻璃本身没有破裂，焊缝就不会出现问题。而且，由于玻璃片之间没有了聚合物，焊接模块的硬度得到了显著提升。我们的研究表明，通过适当的安装和修改轧玻璃的压花特征，焊接模块可以变得足够坚硬，以满足静载测试的要求。”

过去，研究人员曾尝试使用纳秒激光和玻璃熔块填料进行边缘密封，但结果并不理想。焊缝的脆性，使得它们无法适用于户外模块设计。相比之下，NREL开发的飞秒激光焊接技术，以极低的成本实现了卓越的密封强度，为太阳能电池板的回收利用提供了强有力的技术支撑。

这项研究得到了耐用模块材料联盟的支持，该联盟致力于将太阳能电池板的使用寿命延长至50年甚至更久。通过NREL的创新激光技术，我们有望在未来实现更加高效、环保的太阳能电池板回收利用，为可再生能源的可持续发展贡献力量。