АНАЛІЗ ПЕРСПЕКТИВНИХ ТОНКОПЛІВКОВИХ МАТЕРІАЛІВ ДЛЯ СОНЯЧНИХ ПАНЕЛЕЙ НА ОСНОВІ ГРАФЕНУ В ПРОЦЕСАХ ДЕКАРБОНІЗАЦІЇ ТА ЦИРКУЛЯРНОЇ ЕКОНОМІКИ
DOI:
https://doi.org/10.31649/1997-9266-2025-182-5-17-24Ключові слова:
екологічна безпека, графен, тонкоплівкові сонячні панелі, циркулярна економіка, декарбонізація, фотоелектричні відходи, утилізаціяАнотація
Виконано порівняльний аналіз можливостей переробки та утилізації двох ключових елементів сонячної енергетики: традиційних кремнієвих панелей, що домінують на ринку, та перспективних тонкоплівкових на основі графену. Аналіз проведено в контексті переходу до циркурлярної економіки та стрімкого зростання обсягів фотоелектричних відходів, які до 2030 року можуть сягнути 78 мільйонів тонн. Досліджено матеріальний склад кремнієвих панелей, що включає як цінні компоненти (кремній, срібло, алюміній), так і токсичні речовини (свинець, кадмій), що створює значні екологічні ризики у разі захоронення. Описано існуючі зрілі технології їх переробки — комбінацію механічних, термічних та хімічних методів, що дозволяють відновити до 80 % матеріалів з потенціалом до 99 %. Підкреслюється, що економічна доцільність цього процесу підкріплюється високою вартістю вторинної сировини, а його розвиток стимулюється державною регуляторною політикою, як Директива WEEE в ЄС, на противагу відсутності такої законодавчої бази в Україні. Як перспективну альтернативу запропоновано графенові тонкоплівкові елементи. Їхня фундаментальна перевага полягає у потенційній відсутності токсичних речовин, оскільки вони базуються на вуглеці. Це може кардинально спростити, здешевити та убезпечити процеси переробки, зміщуючи фокус з управління небезпечними відходами на відновлення нетоксичних матеріалів. Хоча технологія ще перебуває на дослідницькій стадії, інновації у здешевленні виробництва графену відкривають шлях до її майбутньої комерціалізації. Майбутнє стійкої сонячної енергетики залежить не лише від ефективності генерації енергії, а й від створення замкненого життєвого циклу. Розвиток нетоксичних матеріалів та впровадження обов’язкової відповідальності виробників за утилізацію є критичними кроками для запобігання екологічній кризі та реалізації принципів циркулярної економіки.
Посилання
Wu Zhipeng, et al., “A novel method for layer separation in waste crystalline silicon PV modules via combined low-temperature and thermal treatment,” Waste Management, vol. 172, pp. 299-307, 2023. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2023.10.036 .
Choi Jong-Won, et al., “Simple, green organic acid-based hydrometallurgy for waste-to-energy storage devices: Recovery of NiMnCoC2O4 as an electrode material for pseudocapacitor from spent LiNiMnCoO2 batteries,” Journal of Hazardous Materials, vol. 424, Part B, 127481, 2022. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.127481 .
Т. В. Пімоненко, та ін., «Розвиток сонячної енергетики в Україні у контексті переходу до вуглецево-нейтральної економіки,» Вісник СумДУ. Серія «Економіка», № 1, с. 208-220, 2021. http://dx.doi.org/10.21272/1817-9215.2021.1-24 .
S. K. Behura, et al., “Graphene–semiconductor heterojunction sheds light on emerging photovoltaics,” Nat. Photonics, vol. 13, pp. 312-318, 2019. https://doi.org/10.1038/s41566-019-0391-9 .
W. Kong, et al., “Path towards graphene commercialization from lab to market,” Nat. Nanotechnol, vol. 14, pp. 927-938, 2019. https://doi.org/10.1038/s41565-019-0555-2 .
V. Larini, et al., “Circular management of perovskite solar cells using green solvents: from recycling and reuse of critical components to life cycle assessment,” EES Sol., vol. 1, pp. 378-390, 2025. https://doi.org/10.1039/D4EL00004H .
G. Walther, et al., “Implementation of the WEEE-directive — economic effects and improvement potentials for reuse and recycling in Germany,” Int J Adv Manuf Technol, vol. 47, pp. 461-474, 2010. https://doi.org/10.1007/s00170-009-2243-0 .
Zoë Lenkiewicz, et al. Global Waste Management Outlook 2024: Beyond an Age of Waste – Turning Rubbish into a Resource. United Nations Environment Programme: Nairobi, 2024. https://doi.org/10.59117/20.500.11822/44939 .
Dong Hee Shin, et al., “Highly-flexible graphene transparent conductive electrode/perovskite solar cells with graphene quantum dots-doped PCBM electron transport layer,” Dyes and Pigments, vol. 170, pp. 107630, 2019. https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2019.107630 .
K. Parvez, et al. Graphene as Transparent Electrodes for Solar Cells. 2015. https://doi.org/10.1002/9783527680016.ch10 .
A. Negash, et al., “Application of reduced graphene oxide as the hole transport layer in organic solar cells synthesized from waste dry cells using the electrochemical exfoliation method,” New Journal of Chemistry, vol. 46(27), pp. 13001-13009, 2022. http://dx.doi.org/10.1039/D2NJ01974D .
Z. Wang, et al., “Defects and Defect Passivation in Perovskite Solar Cells,” Molecules, vol. 29(9), 2104, 2024. https://doi.org/10.3390/molecules29092104 .
J. A. Alexander-Webber, et al., “Encapsulation of graphene transistors and vertical device integration by interface engineering with atomic layer deposited oxide,” 2D Materials, vol. 4, 2017. https://doi.org/10.1088/2053-1583/4/1/011008 .
8 Major Raw Materials Used for Making Solar Panels. Vishakha Renewables, 2025. [Electronic resource]. Available: https://vishakharenewables.com/blog/8-major-raw-materials-used-for-making-solar-panels/ Accessed: September 5, 2025.
X. Xiao, et al., “Aqueous-based recycling of perovskite photovoltaics,” Nature, vol. 638, pp. 670–675, 2025. https://doi.org/10.1038/s41586-024-08408-7 .
K. Sukmin, et al., “Experimental investigations for recycling of silicon and glass from waste photovoltaic modules,” Renewable Energy, vol. 47, pp. 152-159, 2012. https://doi.org/10.1016/j.renene.2012.04.030 .
F. Ardente et al., “Resource efficient recovery of critical and precious metals from waste silicon PV panel recycling,” Waste Manag., vol. 91, pp. 156-167, 2019. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2019.04.059 .
Perovskites and graphene. Perovskite-Info, 2025. [Electronic resource]. Available: https://www.perovskite-info.com/perovskites-and-graphene Accessed: September 5, 2025.
A. Usman, “Graphene: The Future of Solar Cells?” AZoM, 2021. [Electronic resource]. Available:
https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=21100 . Accessed: September 5, 2025.
L. Pengfei, et al., “Graphene-Based Transparent Electrodes for Hybrid Solar Cells,” Frontiers in Materials, vol. 1, 2014. https://doi.org/10.3389/fmats.2014.00026 .
A. Binek, et al., “Recycling Perovskite Solar Cells To Avoid Lead Waste,” ACS Applied Materials & Interfaces, vol. 8 (20), pp. 12881-12886, 2016. https://doi.org/10.1021/acsami.6b03767 .
Silicon Extraction Methods from Recycled Solar Cells, 2025. [Electronic resource]. Available:
https://xray.greyb.com/solar-cells/end-of-life-silicon-extraction Accessed: September 5, 2025.
##submission.downloads##
-
pdf
Завантажень: 0
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, згодні з такими умовами:
- Автори зберігають авторське право і надають журналу право першої публікації.
- Автори можуть укладати окремі, додаткові договірні угоди з неексклюзивного поширення опублікованої журналом версії статті (наприклад, розмістити її в інститутському репозиторії або опублікувати її в книзі), з визнанням її первісної публікації в цьому журналі.
- Авторам дозволяється і рекомендується розміщувати їхню роботу в Інтернеті (наприклад, в інституційних сховищах або на їхньому сайті) до і під час процесу подачі, оскільки це сприяє продуктивним обмінам, а також швидшому і ширшому цитуванню опублікованих робіт (див. вплив відкритого доступу).
