一種鈣鈦礦太陽能電池的循環使用處理方法與流程

2023-09-15 23:08:40

本發明屬於太陽能電池再回收利用領域，更具體地，涉及一種鈣鈦礦太陽能電池的循環使用處理方法，可應用於鈣鈦礦太陽能電池的回收再利用。
背景技術：
：：太陽能取之不盡用之不竭，是一種令人矚目的新能源。近年來，太陽能發電技術迅速發展，其中第一代矽太陽能電池已經成功實現了大規模的商業化生產，為替代傳統化石能源做出了巨大貢獻。但有限的使用壽命是現在所有太陽能電池不可避免的一個問題，也是商業化的一大難題。一般商業化生產的太陽能電池的使用壽命只有10-20年，這使廢舊電池的拆卸及處理成為一個亟待解決的重大問題。這不僅消耗巨大的財力物力，還會對環境造成重大負擔，因此發展可循環使用的太陽能電池有著重要意義。鈣鈦礦太陽能電池作為一種新型的太陽能電池，僅用了短短幾年的時間就獲得了22.1％的公證轉換效率，已經超過了多晶矽的最高效率。全印刷介觀鈣鈦礦太陽能電池以碳為對電極，取代了貴金屬電極，避免了價格高昂的蒸鍍設備的使用。且這種結構不需要有機空穴傳輸層，降低了材料的成本，提高了器件的穩定性。這種低成本，高穩定性的可印刷鈣鈦礦太陽能電池有著商業化生產的巨大前景。本發明針對鈣鈦礦太陽能電池，通過使用有機滷化物，以及有機胺這兩種化合物中的至少一種(既可單獨使用有機滷化物，可單獨使用有機胺，也可同時使用有機滷化物與有機胺)來恢復已分解的鈣鈦礦吸收層，實現了太陽能電池的循環使用。技術實現要素：針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明的目的在於提供一種鈣鈦礦太陽能電池的循環使用處理方法，其中通過採用機滷化物、以及有機胺這兩種化合物中的至少一種向吸光層已分解的、光電性能下降的鈣鈦礦型太陽能電池提供吸光層分解後揮發出的有效成分，與現有技術相比能夠有效提升吸光層已分解的鈣鈦礦型太陽能電池的光電性能，延長鈣鈦礦太陽能電池的使用壽命，使得鈣鈦礦型太陽能電池能夠循環使用。為實現上述目的，按照本發明，提供了一種鈣鈦礦太陽能電池的循環使用處理方法，其特徵在於，包括以下步驟：對於吸光層已分解的鈣鈦礦型太陽能電池，採用有機滷化物、以及有機胺這兩種化合物中的至少一種處理該鈣鈦礦型太陽能電池，使得該鈣鈦礦型太陽能電池的光電性能提升，從而便於對該鈣鈦礦型太陽能電池的循環使用。作為本發明的進一步優選，所述鈣鈦礦型太陽能電池為mapbi3型太陽能電池，mapbbr3型太陽能電池，mapbclyi3-y型太陽能電池，mapbbryi3-y型太陽能電池，fapbi3型太陽能電池，fapbbr3型太陽能電池，fapbclyi(3-y)型太陽能電池，fapbbryi(3-y)型太陽能電池，(fapbi3)x(mapbbr3)1-x型太陽能電池，以及faxcs(1-x)pbiybr(3-y)型太陽能電池中的至少一種；其中，fa為hc(nh2)2+，ma為nh3+，x、y的取值分別滿足：0≤x≤1，0≤y≤3。作為本發明的進一步優選，所述有機滷化物為ch3nh3i，ch3nh3cl，ch3nh3br，nh2-ch＝nh2i,nh2-ch＝nh2cl,以及nh2-ch＝nh2br中的至少一種。作為本發明的進一步優選，所述有機胺為nh3，ch3nh2，ch3ch2nh2，以及ch3ch2ch2nh2中的至少一種。作為本發明的進一步優選，在所述採用有機滷化物、以及有機胺這兩種化合物中的至少一種處理該鈣鈦礦型太陽能電池時，還同時配合有滷化氫對所述鈣鈦礦型太陽能電池進行處理，所述滷化氫為hi,hbr,hcl中的至少一種。作為本發明的進一步優選，所述採用有機滷化物、以及有機胺這兩種化合物中的至少一種處理該鈣鈦礦型太陽能電池，具體是將該鈣鈦礦型太陽能電池置於20℃-100℃環境下進行的，處理時間小於或等於2小時。作為本發明的進一步優選，所述採用有機滷化物、以及有機胺這兩種化合物中的至少一種處理該鈣鈦礦型太陽能電池，具體是將該鈣鈦礦型太陽能電池置於小於或等於70％的相對溼度環境下進行的。作為本發明的進一步優選，當採用所述有機滷化物處理所述鈣鈦礦型太陽能電池時，所述有機滷化物是在100-300℃的溫度下加熱。作為本發明的進一步優選，所述有機胺和所述滷化氫均為氣體，所述有機胺氣體和所述滷化氫氣體的流速均滿足0.1-10升/分鐘。作為本發明的進一步優選，在所述採用有機滷化物、以及有機胺這兩種化合物中的至少一種處理該鈣鈦礦型太陽能電池之後，處理得到的所述鈣鈦礦型太陽能電池還被置於50℃-200℃的溫度環境下退火處理。本發明通過使用機滷化物、以及有機胺中的至少一種(既可單獨使用有機滷化物，可單獨使用有機胺，也可同時使用有機滷化物與有機胺；另外，滷化氫還可配合有機胺或有機滷化物同時使用，當然，也可以同時採用有機胺、有機滷化物、滷化氫三類物質)處理已分解或部分分解的鈣鈦礦型太陽能電池(如介觀鈣鈦礦太陽能電池)，可以恢復已分解的鈣鈦礦吸光材料，恢復電池的光電性能，實現太陽能電池的循環使用。該方法不僅工藝簡單，成本低廉，特別是提供了一種循環使用太陽能電池的方法，解決了太陽能電池因有限的使用壽命而帶來的拆卸、處理、重組等帶來的眾多問題，節省了大量的財力物力，對太陽能電池的商業化生產意義重大。目前可商業化生產的太陽能電池使用壽命有限，尤其對於鈣鈦礦太陽能電池，主要是隨著太陽能電池的使用，鈣鈦礦太陽能電池的吸光層分解(或部分分解)，導致鈣鈦礦太陽能電池光電性能下降，無法繼續重複使用。本發明則是採用有機滷化物、以及有機胺中的至少一種，使得鈣鈦礦型太陽能電池中已分解的吸光層復原，從而提升鈣鈦礦型太陽能電池整體的光電性能，便於對該鈣鈦礦型太陽能電池的循環使用。本發明尤其適用於已分解的介觀鈣鈦礦太陽能電池(如全印刷介觀鈣鈦礦太陽能電池)，由於其他結構的鈣鈦礦型太陽能電池中的吸光層均位於電子傳輸層和空穴傳輸層(在無空穴傳輸層的太陽能電池中則為對電極)之間，在完成器件組裝後無法直接對鈣鈦礦層進行後處理；而對於本發明適用的介觀鈣鈦礦太陽能電池(例如，將鈣鈦礦材料填充在tio2/zro2/carbon三層膜的介孔材料中形成的全印刷介觀鈣鈦礦太陽能電池)，由於tio2/zro2/carbon三層膜均為介孔材料，鈣鈦礦充滿了整個介觀結構，這種特殊的結構使得在完成器件組裝後對鈣鈦礦層進行後處理仍然成為可能，能夠在不拆卸組件的情況下直接處理已分解的鈣鈦礦型太陽能電池，恢復其光電性能，延長器件的工作壽命，實現器件的循環利用。附圖說明圖1所示為分解後的太陽能電池，外部的鈣鈦礦吸光層已分解變成黃色的碘化鉛。圖2所示為採用本發明循環使用處理方法處理得到的恢復後的太陽能電池，外部黃色的碘化鉛消失，碘化鉛重新轉化為黑色的鈣鈦礦。圖3所示為全印刷介觀鈣鈦礦太陽能電池示意圖。具體實施方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特徵只要彼此之間未構成衝突就可以相互組合。實施例1在mapbi3型鈣鈦礦太陽能電池中，吸光層(即mapbi3材料)全部或部分分解後產生pbi2，電池變黃。在70％的相對溼度環境下，將該分解後的電池放置在50℃-100℃熱臺上加熱，200℃加熱ch3nh3i固體粉(ch3nh3i固體粉也可在其他溫度下加熱，如100℃～300℃，只要相應的有機滷化物粉末能夠生成蒸汽即可，如通過升華等反應)，使其升華產生的ch3nh3i蒸汽與電池中分解產生的pbi2充分反應2小時生成mapbi3(該升華反應可在密閉環境下進行)，然後用異丙醇將電池中過量的ch3nh3i衝洗乾淨，放置在50℃-100℃熱臺上退火。電池的吸光層由黃色變回黑色，恢復初始的光電性能，實現了電池的循環使用。實施例2在mapbi3型鈣鈦礦太陽能電池中，吸光層全部或部分分解後產生pbi2，電池變黃。在50％相對溼度環境下，在室溫下將該分解後的電池放入ch3nh3i的異丙醇溶液中，ch3nh3i與電池中分解產生的pbi2充分反應30分鐘生成mapbi3，然後用異丙醇將電池中過量的ch3nh3i衝洗乾淨，放置在50℃-100℃熱臺上退火。電池的吸光層由黃色變回黑色，恢復初始的光電性能，實現了電池的循環使用。實施例3在mapbi3型鈣鈦礦太陽能電池中，吸光層全部或部分分解後產生pbi2，電池變黃。在30％的相對溼度環境下，同時用氣體流速為3升/分鐘的ch3nh2氣體和氣體流速為3升/分鐘的hi氣體處理分解後的電池，與電池中分解產生的pbi2反應5分鐘後重新生成mapbi3(該處理過程可以是在密閉環境下進行，處理溫度可以是室溫或其他溫度)。電池的吸光層由黃色變回黑色，恢復初始的光電性能，實現了電池的循環使用。實施例4在mapbi3型鈣鈦礦太陽能電池中，吸光層全部或部分分解後產生pbi2，電池變黃。在60％的相對溼度環境下，將該分解後的電池放置在50-100℃熱臺上，140℃加熱ch3nh3i固體粉末使其升華產生ch3nh3i蒸汽，同時和氣體流速為1升/分鐘的hi氣體處理分解後的電池，與電池中分解產生的pbi2反應1小時後生成mapbi3，然後用異丙醇將電池中過量的ch3nh3i衝洗乾淨，放置在50℃-100℃熱臺上退火。電池的吸光層由黃色變回黑色，恢復初始的光電性能，實現了電池的循環使用。實施例5在mapbi3型鈣鈦礦太陽能電池中，吸光層全部或部分分解後產生pbi2，光電性能迅速下降，光電轉化效率降至初始值得約40％。在室溫環境(如20℃～30℃)下，在完全乾燥的環境下(即相對溼度為0)通入氣體流速為7升/分鐘的完全乾燥的ch3nh2氣體，mapbi3與ch3nh2自發迅速反應生成一種液態中間相mapbi3·xch3nh2，反應持續3分鐘，拿出到乾燥空氣中後該液態中間相重新轉化為固態的mapbi3，在此過程中，鈣鈦礦薄膜得以重建，器件的光電性能得以恢復，光電轉換效率上升至初始值的91％。本發明中鈣鈦礦太陽能電池的循環使用處理方法，尤其可適用於已分解的鈣鈦礦型太陽能電池具體為已分解的介觀鈣鈦礦太陽能電池的情況。除上述實施例針對的mapbi3型鈣鈦礦太陽能電池外，本發明中的處理方法也適用於其他鈣鈦礦型太陽能電池，如mapbbr3型太陽能電池，mapbclxi3-x(0<x<3)型太陽能電池，mapbclxi3-x(0<x<3)型太陽能電池，mapbbrxi3-x(0<x<3)型太陽能電池，fapbi3型太陽能電池，fapbbr3型太陽能電池，fapbclxi(3-x)(0<x<3)型太陽能電池，fapbbrxi(3-x)(0<x<3)型太陽能電池，(fapbi3)x(mapbbr3)1-x(0<x<1)型太陽能電池，以及faxcs(1-x)pbiybr(3-y)(0≤x≤1，0≤y≤3)型太陽能電池中的至少一種；其中，fa為hc(nh2)2+，ma為nh3+。本發明中採用有機滷化物、有機胺等化合物對鈣鈦礦型太陽能電池進行處理，可以在20℃-200℃環境下進行的，如50℃-100℃等。有機滷化物的種類可靈活調整，相應的處理溫度也需要根據不同有機滷化物的分解溫度調整；有機滷化物可以為ch3nh3i，ch3nh3cl，ch3nh3br，nh2-ch＝nh2i,nh2-ch＝nh2cl,以及nh2-ch＝nh2br。另外，有機胺可以為nh3，ch3nh2，ch3ch2nh2，以及ch3ch2ch2nh2；滷化氫可以為hi,hbr,hcl。例如，對於鈣鈦礦型太陽能電池屬於ma體系的，常溫下就可以採用有機滷化物、有機胺或滷化氫進行處理，也無需退火處理；而對於鈣鈦礦型太陽能電池屬於fa體系的，優選可在較高溫度下(如50℃-200℃，尤其是50-100℃)進行退火處理。本發明中的循環使用處理方法，尤其適用於介觀鈣鈦礦太陽能電池，即骨架為全介孔結構，吸光層(即鈣鈦礦材料)填充在整個介孔結構中(如圖3所示)；例如全印刷介觀鈣鈦礦太陽能電池等(可參考現有技術文獻：[1]kuz,rongy,xum,liut,hanh.fullprintableprocessedmesoscopicch3nh3pbi3/tio2heterojunctionsolarcellswithcarboncounterelectrode.scientificreports3,3132(2013).[2]meia,etal.ahole-conductor-free,fullyprintablemesoscopicperovskitesolarcellwithhighstability.science345,295-298(2014).)。本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。當前第1頁12當前第1頁12