更高效的太阳能电池板听起来很棒。但是，如果这些新面板消耗更多有毒材料，或者它们的生产消耗大量能源，会怎么样呢？莱顿环境科学家和弗劳恩霍夫ISE的同事在新出版的《能源与环境科学》杂志中解决了这个问题。

更高效的太阳能电池

第一作者卡洛斯费利佩布兰科(Carlos Felipe Blanco)表示：“我们的研究有助于开发者专注于最有效、最可持续的方式，从而实现可再生能源带来的更光明未来。”“为了评估一项新技术对整个环境的影响，我们应该研究从生产到浪费的整个生命周期。”

目前的太阳能电池板通常由硅制成。这种材料便宜无毒，但在将阳光转化为电能方面不是很有效。一种更先进的太阳能电池技术(III-V/硅系列太阳能电池)在硅的顶部结合了一层非常薄的元素，如镓、铟和砷，因此它可以从阳光中产生近50%的电力。然而，这些材料中的一些可能比硅更有毒，并且它们需要在高温下处理以消耗大量电能。

环境效应

使用III-V/硅电池的太阳能发电厂还没有安装，因为它们还处于早期研发阶段。Blanco解释说，“我们已经研究了这些先进电池在其生命周期的不同阶段对环境的潜在影响。”通过这种方式，研究人员发现，III-V/硅电池对环境的最大影响来自于必须使用发电厂的电力来制造它们。尤其是当这些发电厂仍然依靠烧煤的时候。“这不仅通过二氧化碳排放影响气候，煤炭燃烧产生的有毒烟雾还通过其他各种方式影响生态系统。”

Fraunhofer ISE的Frank Dimroth补充道：“这种影响可以通过开发更节能的制造工艺来克服，当然，也可以通过开发更可持续的电力来克服。令人惊讶的是，新的太阳能电池技术对环境的影响取决于我们今天如何使用化石燃料发电。”

研究人员进一步证实，由于新电池的高转换效率，最终每单位发电需要的材料更少。Blanco:“这表明创新的太阳能电池技术和更多的节能技术可以减少太阳能电池对环境的影响。”

交易

Blanco和他的同事依赖于几种模型，这些模型考虑了许多可能的工业化场景——更具创新性或保守性。“这个精心设计的框架和模型中前所未有的详细程度，使我们能够为技术开发人员和政策制定者提供非常具体的指导。我们发现了一些重要的东西，但我们也发现了很多一开始并不重要的东西。例如，就毒性或资源消耗而言，镓和砷的使用并没有引起重大的环境问题，因为这些元素中只有非常少量被消耗，并且它们牢固地结合在晶体结构中。”

复杂的努力

为可持续发展设计创新是一项非常复杂的任务，在新兴技术的决策背后隐藏着许多不可预测的权衡和机会成本。布兰科：“我们必须认真系统地考虑决策的后果。这需要大量的数据和建模，但它为我们提供了如何设计流程和设备以避免有害影响的指导。面对新技术的潜在问题，我们可能会错过未来的重要机会。现在我们可以有把握地说，未来III-V/Si系列太阳能电池在提高转换效率方面有很大的潜力。这可能会减少材料需求，并最终减少对环境的影响。我们希望他的技术很快成为现实。”