Изготовлен солнечный элемент из 100% вторичного сырья с эффективностью 19,7%
Отходы фотоэлектрической солнечной энергетики относятся к категории «электронных отходов» (e-waste). Обращение с ними происходит в соответствии с правилами обращения с этой категорией отходов в той или иной стране.
На сегодняшний день потоки отходов от солнечной энергетики незначительны, составляют лишь мизерные доли процента глобальных электронных отходов. Однако постепенно они будут расти, поскольку солнечная энергетика развивается очень быстро, и сроки службы первых установленных фотоэлектрических систем в ближайшие годы будут истекать.
Группа организаций во главе с немецким исследовательским Институтом солнечных энергетических систем (Fraunhofer ISE) произвела солнечные элементы PERC из кристаллического кремния, взятого из отходов, то есть из старых, отслуживших свой срок фотоэлектрических панелей.
Технология переработки была предложена немецкой компанией Reiling GmbH & Co. KG и Центром по кремниевой фотовольтаике (Fraunhofer Center for Silicon Photovoltaics CSP). Финансирование предоставило Федеральное министерство экономики и климата BMWK (ранее BMWi).
В настоящее время из старых солнечных модулей обычно извлекаются и перерабатываются алюминий, стекло и медь, но не кремниевые элементы. Меж тем, в 2021 году общая масса фотоэлектрических модулей, установленных в Германии, составляла около пяти миллионов тонн, а содержание кремния в них оценивалось в 150000 тонн.
Пик «первой волны» развития солнечной энергетики ФРГ пришёлся на 2009-2011 гг. «После окончания действия двадцатилетнего зелёного тарифа с 2029 года последует первая волна захоронения отходов», — объясняет профессор Андреас Бетт, директор Fraunhofer ISE. «Поэтому разумные процессы и методы извлечения кремния из использованных модулей должны быть определены заранее».
Задачей исследователей являлось создание масштабируемого и экономически эффективного процесса переработки.
Первым шагом в процессе является удаление стекла и пластика из фрагментов ячеек, размер которых варьируется от 0,1 до 1 миллиметра. Затем в процессе жидкостного химического травления удаляются задний контакт, серебряные контакты, эмиттер и пр. Очищенный таким образом кремний перерабатывается в монокристаллические или квазимонокристаллические слитки стандартным образом, а затем нарезается на пластины.
Fraunhofer ISE произвёл PERC элементы эффективностью 19,7% из 100-процентно переработанного кремния, то есть без какого-либо добавления сверхчистого кремния. При этом использовались старые модули разных типов без оглядки на производителя и происхождение. «Это ниже эффективности современных солнечных элементов PERC премиум-класса с эффективностью около 22,2%, но, безусловно, выше, чем у солнечных элементов в старых, выброшенных модулях», — объясняет Петер Долд, руководитель проекта в Fraunhofer CSP.