CAS vindt fotovoltaïsche siliciumwafeltechnologie uit

Recycling van PV-modules wordt steeds belangrijker en de technologie om het siliciummateriaal van afgedankte modules opnieuw te verwerken en te zuiveren voor hergebruik in de PV-keten om nieuwe cellen te produceren, is een grote uitdaging gebleken. Onlangs hebben Xu Xinhai, Wang Yin en Lai Dengguo van de University of Chinese Academy of Sciences een technologie uitgevonden voor het recyclen en upgraden van PV-modules van kristallijn silicium. vangst vermogen.

De resultaten zijn gepubliceerd in Resources, Conservation & Recycling en zijn opgenomen in sciencedirect.

1. De hergebruikwaarde van gerecycled silicium

Recycling en hergebruik is een van de meest aantrekkelijke strategieën om de milieu-impact te compenseren en om PV-afvalmodules om te vormen tot een duurzame hulpbron voor de PV-industrie. Daarom zijn veel inspanningen gericht op het terugwinnen van hulpbronnen uit afgedankte PV-modules, met name kristallijn silicium (c-Si) uit op c-Si gebaseerde PV-modules, die een groot marktaandeel hebben.

De waardevolle aluminium bezel wordt verwijderd door chemische oplossing en thermische ontleding, en het resterende inkapselingsmateriaal EVA, dat achterblijft na scheiding, kan verder worden teruggewonnen uit gehard glas, Si-cellen en Cu-soldeertape. Silicium van zonnekwaliteit kan worden teruggewonnen en vervolgens worden onderworpen aan een chemisch zuiveringsproces door etsen en opnieuw worden geïnjecteerd als grondstof voor de productie van zonnecellen.

De energieconversie-efficiëntie van Si-zonnecellen hangt voornamelijk af van hun elektrische en optische eigenschappen, waaronder de kwaliteit van de siliciumwafels (bijv. intrinsieke zuiverheid, dikte), metaalelektroden, oppervlaktepassivering en het lichtvangende vermogen van de oppervlaktestructuur (Ye et al., 2014). Voor niet-destructief gerecyclede siliciumwafels is het moeilijk om de elektrische eigenschappen te verbeteren door hun intrinsieke zuiverheid te verbeteren, tenzij ze worden gesmolten om de blokken te reproduceren.

Er moet daarom worden gezocht naar kosteneffectieve, duurzame en goedaardige opties. Wetenschappers hebben een ideaal recyclingmodel voorgesteld voor het terugwinnen van intacte siliciumwafels met directe hergebruikkenmerken in commerciële PV-modules voor de herfabricage van nieuwe zonnecellen.

2. Sla de blokken over en recycle de wafels direct

Wetenschappers van het Key Laboratory of Urban Pollutant Transformation van de Chinese Academie van Wetenschappen hopen zich aan deze onmogelijkheid aan te passen.

Volgens de onderzoekers zou het overslaan van het proces van de productie van ingots en het snijden van wafels ongeveer 40 procent van de productiekosten van PV-modules kunnen besparen, maar de huidige technologie staat nog steeds voor aanzienlijke uitdagingen. Zo moeten onzuiverheden op het oppervlak van gerecyclede siliciumcellen worden verwijderd door chemisch etsen om pure siliciumwafels te verkrijgen. Dit proces is traditioneel drastisch en oncontroleerbaar en leidt meestal tot een dramatische vermindering van de wafeldikte.

Met dit in gedachten zocht de groep naar manieren om siliciumwafels te recupereren die geschikt zijn voor de productie van zeer efficiënte cellen en modules. De onderzoekers hebben onlangs een thermische uitzetting van het oplosmiddel ontwikkeld in combinatie met een thermische ontledingsmethode (SSTD) die niet-destructief herstel van siliciumcellen door het SSTD-proces integreert, sequentiële zuuretsing voor voorzuivering van siliciumwafels, een nieuwe uitgebreide MACE-methode voor ultrazuivering en gelijktijdige fabricage van oppervlaktetextuur met ultralage reflectie en hergebruik in het systeem van het teruggewonnen materiaal.

De gebruikte chemische behandelingsmethoden zuiveren de siliciumwafels en verbeteren hun oppervlakte-eigenschappen. Na het verkrijgen van hoge zuiverheid en intacte wafels, hebben de onderzoekers de oppervlaktetextuur van de teruggewonnen Si-wafels afgestemd door een eenstaps MACE-proces toe te passen met Cu/Ag-geassisteerd chemisch etsen, terwijl ze controleerbaar verschillende antireflecterende texturen construeren, waaronder interessante dual-scale micro /nanostructuren, resulterend in een reeks oppervlaktestructuren, waaronder DMN's, nanodraden, nanoporiën en omgekeerde rechthoekige kegels die de oppervlaktereflectie aanzienlijk kunnen verminderen en 'zwarte silicium'-wafels kunnen produceren.

3. Verbazingwekkende onderzoeksresultaten

Met deze techniek zijn de onderzoekers erin geslaagd om ideale en zeer zuivere siliciumwafels te verkrijgen met een intacte structuur, minimale dikte en uitstekende lichtopvangcapaciteit. Volgens de krant hebben de teruggewonnen wafels een goede dikte (165 m), soortelijke weerstand (1.02-2.28 Ω-cm), levensduur van de drager (1.12-2.47 μs) en ultralage reflectiviteit (5-15 procent ) in vergelijking met commerciële wafers, waardoor het mogelijk is om zeer efficiënte PV-modules te produceren.

Een ruwe economische beoordeling toont aan dat de productiekosten van deze geïntegreerde strategie lager zijn dan de prijs van siliciumwafels uit conventionele recyclingprocessen of industriële productieprocessen, en ook de volledige recycling van aluminium frames, gehard glas, koperstrips en zeer zuiver zilver mogelijk maakt en aluminiumpoeder, dat binnen het systeem kan worden hergebruikt, wat resulteert in economische levensvatbaarheid en een hoge mate van duurzaamheid van hulpbronnen.

Het werk maakt deel uit van de National Natural Science Foundation of China (nr. 52102120) en wordt ondersteund door de Zuidoost-Aziatische National Biomass Waste Resource-based Sustainable Development Technology R&D en Application Demonstration, en wordt vermeld als een "Strategic Pioneering Science and Technology Special Project (A)" van de Chinese Academie van Wetenschappen (nr. XDA23030301). XDA23030301), een belangrijk project voor industrieel pionieren in de provincie Fujian (nr. 2019H0056), en een belangrijk project voor sociale ontwikkeling in de provincie Fujian (nr. 2021Y0069).