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回收和加工材料
从铅酸电池中回收铅并将其转化为钙钛矿太阳能电池涉及“一个非常非常简单的过程”——如此简单以至于她和她的同事 发布了一段视频来详细说明如何操作.
第一步——从汽车电池中取出铅——似乎是一个简单的提议。只需从汽车上取下电池，用锯子将其切开，然后刮掉两个电极上的导线即可。但打开电池非常危险，因为其中含有硫酸和有毒铅。
回到麻省理工学院，穿着防护服并在化学罩内工作，研究人员小心地从电极上刮下材料，然后按照插图中的步骤合成他们需要的碘化铅粉末。然后，他们将粉末溶解在溶剂中，并将其滴在由透明导电材料制成的旋转盘上，在那里它展开形成钙钛矿薄膜。在执行了更多的处理步骤后，他们将钙钛矿薄膜集成到功能性太阳能电池中，成功地将阳光转化为电能。
使用再生铅会受到处罚吗？
回收和处理铅以及制造太阳能电池的简单程序较容易地扩大规模和商业化。知道太阳能电池制造商会有一个疑问：使用回收材料代替从化学公司购买的优质碘化铅是否会受到处罚？
为了回答这个问题，研究人员决定使用回收材料制造一些太阳能电池，使用市售材料制造一些太阳能电池，然后比较两种版本的性能。他们并没有声称自己是制造优化钙钛矿太阳能电池以获得大效率的专家。但是，如果他们使用这两种起始材料制造的电池表现同样出色，那么“精通这些太阳能电池微调以获得 20% 效率的人将能够使用我们的材料并获得相同的效率，”Belcher 推理道。
研究人员首先评估了由汽车电池和高纯度商用碘化铅制成的钙钛矿薄膜的光捕获能力。在各种测试中，薄膜显示出相同的纳米晶体结构和相同的光吸收能力。实际上，薄膜吸收不同波长光的能力是相同的。
然后他们测试了用这两种钙钛矿制造的太阳能电池，发现它们的光伏性能相似。一个重要的衡量标准是功率转换效率 (PCE)，它是作为电能输出的输入太阳能的一部分。上图显示了 10 个由高纯度碘化铅制成的太阳能电池和 10 个由汽车电池制成的太阳能电池的 PCE 测量值。由于这些类型设备的效率测量结果差异较大，因此该图不仅显示了实现高的PCE，还显示了整批设备的平均值。两种太阳能电池的性能几乎相同。“因此，设备质量不会因使用从废旧汽车电池中回收的材料而受到影响.
总而言之，这些结果非常有希望——但它们是基于由一个废弃的汽车电池制成的太阳能电池。使用不同的电池结果可能会有所不同吗？
例如，他们能够回收电池中 95% 以上的可用铅。在旧电池中，这个分数会更低吗？回收铅的质量或纯度是否会有所不同？
为了一探究竟，研究人员回到台湾回收中心，又买了三块电池。第一个已经运行了六个月，第二个运行了两年，第三个运行了四年。然后他们按照相同的程序回收和合成碘化铅，并制造和测试用它制成的太阳能电池。结果是一样的，只有一个例外：在旧电池中，一些铅以硫酸铅的形式出现——这是与硫酸电解液反应的结果。但他们发现，他们最初的程序可以有效地从硫酸铅以及电池内的其他化合物中回收铅。
根据他们的结果，得出结论，回收铅可以整合到研究人员用来制造基于钙钛矿的太阳能电池的任何类型的工艺中——实际上可以制造其他类型的含铅太阳能电池、发光二极管、压电器件等。