Thin-Film Photovoltaic Cells: Long-Term Metal(loid) Leaching at Their End-of-Life

浸出(土壤学) 环境化学 硒化铜铟镓太阳电池 化学 类金属 金属 冶金 环境科学 材料科学 薄膜 纳米技术 土壤科学 土壤水分
作者
Yannick-Serge Zimmermann,Andreas Schäffer,Philippe F.-X. Corvini,Markus Lenz
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:47 (22): 13151-13159 被引量:63
标识
DOI:10.1021/es402969c
摘要

The photovoltaic effect of thin-film copper indium gallium selenide cells (CIGS) is conferred by the latter elements. Organic photovoltaic cells (OPV), relying on organic light-absorbing molecules, also contain a variety of metals (e.g., Zn, Al, In, Sn, Ag). The environmental impact of such technologies is largely unknown, in particular when the physical integrity deteriorates upon end-of-life, possibly facilitating cell constituent leaching. This study analyzed long-term inorganic leaching from damaged OPV and CIGS into different model waters. Leachate concentrations were put into perspective by calculating the predicted environmental concentrations (PEC) for several scenarios. Roof-top acidic rain runoff from CIGS was found to be the predominant emission source for metals and metalloids, with Cd released to such extents that PEC (173.4 μg Cd L(-1)) would considerably exceed acute toxicity concentrations for Daphnia magna . Other PEC for CIGS (9.9 mg Mo L(-1) and 9.4 μg Se L(-1)) were in the range of teratogenic effects. In contrast, OPV released little metals with calculated PEC being below even conservative drinking water guidelines. Time-resolved single-particle ICP-MS indicated that some metals (Zn, Mo, Ag) were in nanoparticulate form, raising nanotoxicity concerns. Leaching kinetics called for revision of existing standardized (accelerated) leaching protocols because long-term release was most relevant.
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