隨著全球暖化愈加急遽，且各國意識到此嚴重性並逐漸發展再生能源，藉以降低溫室氣體排放和對石化燃料的依賴度。其中最有前景之一的再生能源便是太陽能，太陽能的光伏板可將收集到的陽光轉換成電力。隨著成本的下降和效率的提高，太陽能發展到了一個相當 有可看性的程度，截至2017年底全球的光伏容量達到約400GW。根據國際能源署(IRENA)，以色列的再生能源生產力到2019年來到了2,300MW，其中超過95%是來自太陽能。 (附註：1kW = 一千瓦；1MW = 一百萬瓦；1GW = 十億瓦) 但太陽能也會產生大量廢棄物。以色列研究人員在最近的一份對太陽能電池結構的研究中指出，全球鈣鈦礦(perovskite)太陽能板的部署因太陽能板的電勢差誘發的衰減性(Potential Induced Degradation; PID)也會造成環境和經濟上的問題。而研究人員對此也研發出了一項獨特的技術可移除和替換出現衰減性的材料，為一個更永續的綠能生產未來鋪路。 儘管太陽能能大幅減低碳排放，以及從2017年至2023年太陽能光伏發電量有可能提高三倍，但嚴峻的環境和經濟問題也可能會因為危險廢棄物管理不當而產生。太陽能板的運作壽命通常在20到30年之間，這主要是由於隨著時間而產生的光腐蝕、溫度相關的衰退性及太陽能電池裂開等綜合因素。在此之後，化學物質如鉛(Pb)和鎘(Cd)便有可能將汙染周遭環境，並滲入地下，進而導致飲用水有遭受汙染的可能性。隨著預期的安裝量上升，當太陽能板邁入使用週期尾聲(EOL)時，將會有越來越多的問題隨之而來，因過去25年間要如何適當處置用盡的太陽能板一直沒有受到太大的關注。根據國際能源署的資料顯示，至2016年底，全球太陽能板的廢料估計為25萬噸。 目前業界進行著廣泛的研究以確定哪些材料可替代傳統以矽為基底的太陽能電池材料，而薄膜的鈣鈦礦太陽能電池是目前光伏發展中最受大家看好的材料。與傳統的太陽能電池板材料不同的是，鈣鈦礦因其獨特的晶體結構是完全不一樣的材料類別，這使它們在將光子從陽光轉換為電能方面同樣有效。 鈣鈦礦太陽能電池除具有不錯的效率外，還有其他優勢。其中一個優點便是成本效益。組成鈣鈦礦型太陽能電池的材料完全是人造的，可以通過溶液處理的過程降低生產成本，該製程與製造報紙的方法相同。因此，鈣鈦礦的生產具有可規模性，意味著生產成本相較於其它太陽能板技術可能還要低的多。 相比之下，傳統的太陽能光伏電池是使用晶體矽製成的，該材料必須從土壤中開採出來並進行加工，才能用於製造高質量的太陽能電池。但這仍然存在著一個問題：隨著時間所產生的電勢誘發衰減(PID)。由於光活性鈣鈦礦材料通常位於太陽能板的其它層之間，因此造成太陽能電池無法被回收。如同傳統的矽基太陽能板一樣，它會產生類似的EOL廢料問題和再次製造的高成本問題。 以色列新研究開出一條新路 然而，值得慶幸的是，希伯來大學研究人員最近找到了一種方法來改善鈣鈦礦太陽能電池的壽命和功能，那就是藉由設計太陽能模組讓裡面已衰減的鈣鈦礦被替換掉，從而恢復其光伏發電能力，並避免EOL的廢料問題。雖然這並不是最初的研究動機。希伯來大學化學研究機構的教授Lior Etgar說道：「這並不是一開始就計畫好的。最初的動機是找出如何研發低成本太陽能電池的方法，並使其易製造、提供高效能並可延續更久。」Etgar和他的研究小組雖提到目前太陽能電池的預期使用壽命約為25年，同時間他們也還須做出一些新突破。他提到：「目前我們的太陽能電池可持續數年才會衰減及須被汰換。但這仍在開發中，我們目前的太陽能電池仍未達到我們想要的耐用度。」儘管衰減的鈣鈦礦汰換後會經過特殊的廢物處理，但Etgar強調了這種材料的可回收性。「即使它已光衰減了，你還是可以清洗後再次使用。先將其洗淨並置入容器中，然後攪拌及加熱一下，便可再次使用了。」除了Etgar的研究團隊外，也有不少新創公司致力於加速鈣鈦礦太陽能電池的普及度和商業化進程。他估計這可能需要兩到五年的時間，不過同時他也推測在以色列的整合使用上會先針對獨立的離網應用，而非集中式的太陽能發電廠。 如有任何能源相關的問題，歡迎洽詢駐台北以色列經貿辦事處Ms. Esther Teng (esther.teng@israeltrade.gov.il)。 資料來源：https://nocamels.com/2021/01/solar-energy-clean-israeli-researchers-waste/