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摘要
武汉大学高等研究院闵杰课题组设计提出了低成本、高收益的有机光伏器件回收方案，首次实现了有机光伏器件活性层材料的回收和再利用，并阐明了该回收方案的经济可行性。
关于文章
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溶液加工有机光伏技术（OPVs）因其轻质、半透明、多彩和可柔性制备等优势，在可穿戴电子产品、自供电设备和光伏建筑一体化等领域具有巨大应用前景。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，从而实现极低的制造加工成本。然而，构成OPV器件的主要功能层材料（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）成本较高，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，实现主要功能层材料的快速分离、低成本回收和再利用，可有效节省原材料成本和能源成本，并购缩短OPV制备生产周期，对推动有机光伏技术应用意义重大。
武汉大学高等研究院闵杰等人提出并实施了OPV器件及其组件回收路径，实现了主要功能层材料低成本、高效回收和再利用。相关结果发表在Joule（Joule, 2024, 8, 2523-2538. DOI: 10.1016/j.joule.2024.06.006）上。
该研究团队首先将封装的废弃或老化器件至于高温热台上加热分离封装玻璃和基于ITO基底的器件，然后选择甲苯作为非卤化溶剂去除ITO玻璃上的活性层、界面层和银电极。溶液中的银电极可以通过氨水参与的络合反应，并结合管式炉加热方法来提出。该方案可实现银电极材料的高效回收（回收产率为99.01%和材料纯度为99.06 wt%）。进一步，溶液中的ITO基底可依次使用水、丙酮和异丙醇去除基底上残留的空穴传输层材料PEDOT:PSS，清洁干燥后可获得ITO玻璃基底。该回收方法不会破坏ITO基底的本征物性，多次循环回收利用的ITO基底所制备的器件能量转换效率（PCE）并无损失，回收率接近100%，另外，该方案同样适用于柔性导电基底（如PET、PEN和IMI等）。他们还通过柱层析法分离并纯化老化后PM6给体和Y6受体材料。研究发现回收的PM6给体材料具有更高的数均分子量，导致基于回收PM6所制备的器件性能有所降低，而回收的Y6受体材料具有极高纯度和良好的器件性能。值得一提的是，他们通过将回收PM6批次和新PM6批次优化比例共混，并结合回收ITO基底、银电极和Y6受体的进入，成功地制备出与基于新鲜材料所制备器件性能可媲美的新器件。此外，通过其他活性层体系的引入，他们证明了该回收方案的普适性。基于上述实验结果，以单个封装的刚性组件为例分析了工业场景下器件功能层材料回收的成本收益，展示了该回收方案的经济可行性。这项工作代表着朝着具有成本效益、高产量的废弃OPVs回收迈出的重要一步，同时也展示了OPVs制造在短期内没有材料供应限制的前景。
图1. 有机光伏器件功能层材料回收再利用的示意图
文章信息
Cost-Efficient Recycling of Organic Photovoltaic Devices
Rui Sun, Xinxin Yuan, Xinrong Yang, Yao Wu, Yiming Shao, Xiaohei Wu, Christoph J. Brabec, Jie Min*
Joule
DOI:10.1016/j.joule.2024.06.006
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