Skoltech的科学家和他们来自罗蒙诺索夫莫斯科州立大学(MSU)的同事开发了一种硅回收的新方法。他们的研究发表在ACS可持续化学与工程上。

 

越来越多的太阳能电池板使用硅。通常使用寿命为25到30年的太阳能电池板，随着时间的推移，会降解，产生更少的电能，这使得硅废料的回收成为一个热点问题。如果我们不回收硅废料，到2050年，我们的地球将充斥着六千万吨用过的光伏板。将硅转化为氧化硅纳米颗粒对环境具有重要意义，因为它处理了硅废料的回收问题，并为科学和工业的各种用途提供了纳米颗粒的新来源。

 

由Skoltech设计、制造和材料中心(CDMM)的高级研究科学家Stanislav Evlashin领导的一组研究人员演示了一种在水溶液中将硅片转化为纳米颗粒的简单且100%有效的方法。这一发现有助于找到一种不使用有毒化学物质的环保方式来回收硅。

 

这种新的可控转换过程可以控制纳米颗粒的大小，杏耀主管从而可以在光学、光子学、医学和其他领域重复使用。

 

“使用的面板在水环境中通过水热合成转化为纳米颗粒。这个过程的好处是纳米颗粒的大小可以控制在8到50纳米范围内，而不需要使用很多设备，”Evlashin解释说。

 

研究人员在实验中使用了三种类型的硅片:HR(高电阻率)、n型(氮掺杂)和p型(磷掺杂)。他们基于密度泛函理论的理论计算表明，即使没有使用氨作为催化剂，硅-氢键也能在高温板表面形成。使用添加剂(如磷和硼掺杂剂)和分子缺陷(如太阳能电池板)也可以加速反应。

 

“绝大多数用于合成二氧化硅纳米颗粒的方法都是基于自下而上的方法，因此，使用醇盐作为前体。相比之下，我们的是一种自上而下的方法，使用大量硅作为来源，这创造了丰富的优势，如简单，可扩展性， 杏耀平台的体会，和可控的颗粒大小分布。温度和水解时间是影响合成产物粒径分布的关键参数。我们注意到，pH值的增加对颗粒形成率有很大的影响。这就是为什么我们使用了氨水，这使得在水介质中的反应快得多，”斯科尔理工学院的博士生茱莉亚·Bondareva评论道。

 

“我们决定弄清楚纳米颗粒是如何在这个过程中形成的。为了做到这一点，我们使用了非均匀成核模型，在硅源表面分布有有限数量的成核中心，”Skoltech高级研究科学家Timur Aslyamov说。

 

除了纯硅之外，科学家们还使用了基于硅ito异质结构的工业太阳能电池板，杏耀注册这种硅ito异质结构的表现方式与硅电池板相同，并成功地转化为纳米颗粒。这项研究是实现对环境安全的硅废料回收和创造二氧化硅纳米颗粒新来源的一个重要里程碑。