太阳能电池板是一种复杂的技术，在其使用寿命结束时会降解成大块、笨重的电子废物。想一想：太阳能电池板的使用寿命有限，只有 30 年，预计到2030 年全球报废太阳能电池板产生的废物将达到 800 万吨，到 2050 年达到 8000 万吨。

目前，世界上大多数国家都没有处理这一废物问题的计划；然而，来自新加坡科技研究局 (A*STAR) 和新加坡南洋理工大学 (NTU Singapore) 的一组科学家可能已经找到了解决这个日益严重的问题的灵丹妙药。

根据发表在《先进材料》杂志上的一项研究，研究人员开发了一种新技术，可以将过期的太阳能电池板转化为一种新型的高性能能量收集热电材料，该材料可以吸收热量并将其转化为电能。

化限制为机遇

要了解这个问题的核心，您需要了解太阳能电池的结构，它是太阳能电池板的组成部分。太阳能电池由硅、铝、铜、银、铅和其他材料的复杂混合物组成。

单独回收这些材料是困难的，这就是为什么目前的回收程序主要集中在玻璃和金属支撑结构上，而硅——占太阳能电池的 90%——最终被填埋。不幸的是，根据新闻稿，回收的硅存在杂质和缺陷，使其无法用于制造功能性太阳能电池。

在最新研究中，研究人员决定将这种限制转化为机会，并将旧太阳能电池转化为增强型热电材料。这种方法利用了热电元件与太阳能电池的不同特性，其中杂质和故障的存在往往会改善而不是恶化性能。

可用于制造可再生能源组件

为了实现这一目标，研究人员使用球磨技术将太阳能电池研磨成细粉，从而使它们能够将热电特性（例如功率转换和冷却效率）赋予废弃的硅。之后，添加磷和锗粉末以改变它们的原始性能，然后使用放电等离子烧结在高温和高温下对粉末混合物进行处理。

研究人员开发了一种热电性能最优化的样品，在 873 K 时热电品质因数 (zT) 达到创纪录的 0.45，是元素硅热电材料中最好的。这非常重要，因为此类技术可以延长各种产品的生命周期并减少浪费，从而培育循环经济。

“利用我们的资源回收技术并与 A*STAR 合作，我们已经证明它可以生产出高质量且可用于制造可再生能源组件的有价值的材料，在这种情况下，这是一种高- 可以收集热量并将其转化为电能的高性能热电材料。”NTU 副教授 Nripan Mathews 说。

在光伏技术迅速扩张的二十年后，达到使用寿命的太阳能电池板数量正在增加。

虽然银和铜等贵金属通常被回收利用，但构成太阳能电池主体的硅却被送往垃圾填埋场。这是由于大多数基于硅的技术对缺陷和杂质敏感，这使得纯化废硅变得不经济。

热电材料代表了一种罕见的材料，其中可以设计缺陷和杂质以提高性能。这是因为多数载流子的性质，使其能够容忍缺陷和杂质。在这里，可以将光伏 (PV) 废料中的硅升级为热电材料。

这是通过掺杂 1% Ge 和 4% P 来实现的，这会产生品质因数 ( zT) 在 873 K 时为 0.45，是硅基热电材料中最高的。

这项工作解决了光伏和电子废物循环经济的重要难题。