Mezinárodní tým výzkumníků navrhl řadu procesů, jak získat křemík a další kovy z recyklovaných solárních článků. Jejich cílem je znovu použít získaný křemík v dodavatelském řetězci fotovoltaiky.
Evropská skupina vědců zkoumala technickou proveditelnost fyzického obnovení kovových kontaktů ze solárních článků extrahovaných ze solárních panelů na konci životnosti. A kvalifikaci získaného křemíku pro jeho opětovné použití v dodavatelském řetězci fotovoltaiky.
„Tato realita naléhavě vyžaduje navržení a přijetí cenově dostupných, efektivních a masivních strategií recyklace a opětovného využití všech fotovoltaických komponent, a zejména těch, které jsou při jejich výrobě energeticky nejnáročnější, a jsou tedy odpovědné za největší dopad na životní prostředí: solární články,“ vysvětlili vědci.
Demetalizace
K obnovení kontaktu s kovem skupina používala roztoky hydroxidu draselného (KOH)-ethanol-voda k optimalizaci procesu demetalizace. Na starých monokrystalických solárních článcích testovala různé konfigurace řešení. Přední kontakty článků se vyrobily stříbrnou sítotiskovou pastou, stejně jako zadní kontakty, i když také obsahovaly stopy jiných kovů, jako je hliník, železo nebo olovo.
,,Provozní podmínky pro každý experiment byly následující: 105 minut ponoření do 250 ml leptacího roztoku, s poměrem pevná látka/kapalina 0,004 g/ml, magnetické míchání a teplota v rozmezí od 60 °C do 70 °C,“ uvedli vědci. Předběžné a následné úpravy se provedly, aby se minimalizovala případná přítomnost nečistot na povrchu vzorku.
Experimenty s demetalizací měly tři proměnné – různé provozní teploty (60 °C, 65 °C a 70 °C), různé podíly KOH (10 %, 15 % a 20 %) a různé poměry etanolu (5 %, 10 % a 15 %). Proces se provedl ve 250 ml vysoké kádince, kde se buněčné fragmenty zavedly ve vertikální poloze držené plastovými kleštěmi.
,,Návrh experimentů umožňuje dospět k závěru, že teplota je nejvlivnějším parametrem na ztrátu hmotnosti a rychlost demetalizace. Zatímco interakce etanolu a teploty je nejvlivnějším faktorem na životnost menšinových nosičů,“ uvedli. „Zpracování při teplotě 60 °C v 10 % roztoku KOH – 5 % ethanolu po dobu 105 minut se jeví jako nejlepší možnost pro získání čistých kovů při zachování co největšího množství křemíku.“
Rekrystalizace
Pokud jde o řadu procesů rekrystalizace získaného křemíku, akademik začal s „vyčištěnými fragmenty starých B-dopovaných multikrystalických komerčních waferů“, které byly vyrobeny v roce 2000. Pomocí pěstírny Czochralski (Cz) vytvořili slitek, který se poté nakrájel na 79 oplatek. Ty prošly procesy fosforového difúzního getrování (PDG), aby se zlepšily jejich transportní vlastnosti.
„Po úspěšném růstu a krájení v plátcích se implementoval důkladný program optoelektronické charakterizace,“ poznamenala výzkumná skupina. „Prokázalo splnění základních požadavků potřebných pro výrobu nových solárních článků, pokud jde o odpor plátku (kolem 1 Ω cm), obsah kyslíku (kolem 1 018 cm3), mobilitu (kolem 1 000 cm2/V⋅s) a životnost nosičů. A to ve všech případech nad prahovou hodnotou 100 μs a dosahující maximálních hodnot 350 μs.
Skupina použila získané materiály k výrobě fosforových/hliníkových solárních článků se zadním povrchem (P/Al-BSF). Struktura zahrnovala odpařené kovové kontakty s titanem/palladiem/stříbrem (Ti/Pd/Ag) pro přední kontakt a Al pro zadní. Nakonec se získály IV charakteristiky při osvětlení jedním sluncem do čtyř buněk a porovnány s referenční.
,,Z našich výsledků jsme dospěli k závěru, že hlavní omezení výkonu zařízení pozorovaná u zařízení vyrobených z rekrystalizovaného materiálu a demetalizovaných fragmentů plátků nelze připsat degradaci kvality materiálu, ke které nakonec došlo během řady fází obnovy a využití křemíkových substrátů, ale spíše úskalím buněk během výroby,“ uzavřel tým.
Jeho analýza se prezentovala v článku „Ověření recyklačních procesů pro demetalizaci a rekrystalizaci křemíkových solárních článků“, publikovaném v Solar Energy. Výzkum provedli vědci ze španělské Complutense University of Madrid, Polytechnic University of Madrid. A taky německého Leibniz Institute for Crystal Growth (IKZ).
Zdroj: pv-magazine, Vapol
