Các tấm pin năng lượng mặt trời là những mảnh ghép phức hợp, sẽ phân hủy thành những tấm rác điện tử lớn, cồng kềnh vào cuối vòng đời của chúng. Những tấm pin mặt trời thường có tuổi thọ giới hạn từ 10 đến 30 năm. Vì vậy với sự phát triển và bùng nổ của thị trường pin năng lượng mặt trời như hiện nay, thì vấn đề chất thải toàn cầu từ các tấm pin mặt trời cuối đời dự kiến ​​sẽ đạt 8 triệu tấn vào năm 2030 và 80 triệu tấn vào năm 2050.

Phần lớn thế giới hiện chưa có kế hoạch xử lý vấn đề rác thải này. Gần đây, một nhóm các nhà khoa học từ Cơ quan Khoa học, Công nghệ và Nghiên cứu A * STAR (thuộc bộ Thương mại và công nghiệp Singapore)  và Đại học Công nghệ Nanyang, Singapore (NTU Singapore) đã nghiên cứu một giải pháp để cho vấn đề kể trên.

Các nhà nghiên cứu đã phát triển một công nghệ mới có thể biến các tấm pin mặt trời hết hạn sử dụng thành một vật liệu nhiệt điện thu năng lượng hiệu suất cao mới có khả năng hấp thụ nhiệt và chuyển hóa thành điện năng, theo một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Advanced Materials cho hay.

Biến hạn chế thành cơ hội

Cấu trúc của pin mặt trời là các khối cấu tạo nên các tấm pin gồm nhiều lớp như khung nhôm, kính cường lực, lớp màng EVA, solar cell, tấm nền pin… được chế biến từ các vật liệu như nhôm, đồng, bạc, chì, silicon và một hỗn hợp phức hợp của các loại vật liệu khác nhau.

Việc tái chế từng vật liệu như vậy là rất khó, đó là lý do tại sao các quy trình tái chế hiện tại chủ yếu tập trung vào cấu trúc hỗ trợ bằng thủy tinh và kim loại, trong khi silicon - chiếm 90% pin mặt trời - lại được đưa vào các bãi chôn lấp.

Và một điểm hạn chế nữa chính là silicon tái chế có lẫn các tạp chất khiến nó không thể được sử dụng để tái sản xuất các tấm pin năng lượng mặt trời.

Trong nghiên cứu mới nhất, các nhà nghiên cứu đã quyết định biến hạn chế này thành cơ hội và chuyển đổi các tế bào năng lượng mặt trời cũ thành vật liệu nhiệt điện tăng cường. Phương pháp này tận dụng các đặc điểm phân kỳ của nhiệt điện từ pin mặt trời, nơi mà sự hiện diện của các tạp chất có xu hướng cải thiện hơn là làm xấu đi hiệu suất.

Để đạt được điều này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng công nghệ nghiền bi (được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như xi măng, vật liệu chịu lửa, silicat …) để nghiền các tấm pin mặt trời cũ thành bột mịn, cho phép chúng truyền các đặc tính nhiệt điện như chuyển đổi điện năng và hiệu quả làm mát cho silicon bị loại bỏ. Sau đó, bột phốt pho và gecmani được thêm vào để thay đổi tính chất ban đầu của chúng trước khi hỗn hợp bột được xử lý bằng phương pháp thiêu kết plasma tia lửa ở nhiệt độ cao.

Các nhà nghiên cứu đã phát triển một mẫu có hiệu suất nhiệt điện tối ưu nhất, với con số nhiệt điện cao kỷ lục (zT) là 0,45 ở 873 K, là mẫu tốt nhất trong số các nhiệt điện tử silicon nguyên tố. Điều này vô cùng quan trọng vì những công nghệ như vậy có thể kéo dài vòng đời của các sản phẩm khác nhau và giảm thiểu chất thải để tạo ra một nền kinh tế tuần hoàn.

“Tận dụng các kỹ thuật phục hồi tài nguyên của chúng tôi và hợp tác với A * STAR, chúng tôi đã chứng minh rằng nó có thể tạo ra các vật liệu quý giá có chất lượng cao và hữu ích trong sản xuất các thành phần năng lượng tái tạo, mà trong trường hợp này, là sự phát triển của - Vật liệu nhiệt điện hiệu suất có thể thu nhiệt và biến nó thành điện năng.” đồng tác giả của NTU, Phó Giáo sư Nripan Mathews, Giám đốc phụ trách mảng sản xuất Năng lượng tái tạo & Các bon thấp tại Viện Nghiên cứu Năng lượng, cho biết.

Hai thập kỷ sau khi sự mở rộng nhanh chóng của việc phát triển các tế bào quang điện, số lượng tấm pin mặt trời sắp hết tuổi thọ ngày càng tăng. Trong khi các kim loại quý như bạc và đồng thường được tái chế thì silicon, chất tạo nên phần lớn các tấm pin năng lượng mặt trời, lại được đưa đến các bãi chôn lấp. Điều này là do tính chất nhạy cảm với khuyết điểm và tạp chất trong hầu hết các công nghệ chế tạo silicon, khiến việc tinh chế silicon thải là không kinh tế. Thermoelectrics đại diện cho một loại vật liệu hiếm, trong đó các khuyết điểm và tạp chất có thể được thiết kế để nâng cao hiệu suất.

Nghiên cứu mới của các nhà khoa học Singapore sẽ mở ra hướng đi mới cho việc hiện thực hóa nền kinh tế tuần hoàn đối với ngành công nghiệp tái chế các loại rác thải điện tử.

 Theo INTG