Onderzoekers produceren nieuwe zonnecellen voor zonnepanelen van gerecycled silicium

In Duitsland komt jaarlijks zo’n tienduizend ton silicium in afgedankte zonnepanelen op de recyclingmarkt terecht. In 2029 zal dit aantal volgens de onderzoekers oplopen tot enkele honderdduizenden tonnen per jaar. Momenteel worden het aluminium, glas en koper van de afgedankte zonnepanelen ‘opgewerkt’, maar de siliciumzonnecellen niet.

Op industriële schaal
Om het silicium te kunnen hergebruiken, hebben onderzoekers van het Fraunhofer Center for Silicon Photovoltaics (CSP) en het Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (ISE) samen met het grootste Duitse recyclingbedrijf voor zonnepanelen Reiling een oplossing ontwikkeld waarbij het silicium in de afgedankte zonnepanelen op industriële schaal wordt gerecycled en hergebruikt om nieuwe zonnecellen te produceren.

Professor Andreas Bett, instituutsdirecteur van Fraunhofer ISE, over het belang van het onderzoek: ‘Met het oog op de toekomstige recyclingsopgave is het noodzakelijk om in een vroeg stadium adequate processen en procedures op te zetten om het siliciummateriaal uit de afgedankte zonnepanelen terug te winnen.’

Bijproducten van het zuiveringsproces bij Reiling waaruit de zonnecelfragmenten worden gescheiden en opgevangen (links), gezuiverd silicium en wafers gemaakt van 100 procent gerecycled silicium (midden) en perc-zonnecellen van 100 procent gerecycled silicium met een rendement van 19,7 procent (rechts) © Fraunhofer

Toepasbaar op alle zonnepanelen
Door het gehanteerde recyclingproces is het mogelijk om alle kristallijn siliciumzonnepanelen te recyclen, ongeacht fabrikant en herkomst.

‘Als dit niet het geval was, zou het veel te veel werk zijn voor de recyclingbedrijven’, stelt professor Peter Dold, projectmanager bij Fraunhofer CSP. ‘Het was belangrijk voor ons om een schaalbaar proces te ontwikkelen dat economisch zinvol is. In het lab is veel mogelijk, maar ons nieuwe proces moet zich gaan bewijzen in de praktijk voor de recyclingindustrie.’

Gereinigd
Bij het proces worden zonnecelfragmenten gescheiden en verzameld uit bijproducten van het mechanische recyclingproces, dat al is vastgesteld. Bij Fraunhofer CSP worden de zonnecelfragmenten met een grootte van 0,1 tot 1 millimeter eerst door verschillende sorteerprocessen van het glas en het plastic bevrijd. Dit wordt gevolgd door het stapsgewijs verwijderen van het contact aan de achterkant, de zilveren contacten, de anti-reflectielaag en ten slotte de emitter door een proces van nat chemisch etsen. Het op deze manier gereinigde silicium wordt in standaardprocessen verwerkt tot monokristallijne of quasi-monokristallijne ingots en vervolgens verwerkt tot wafers.

19,7 procent
De kristallisatie wordt uitgevoerd met 100 procent gerecycled silicium zonder toevoeging van ultrapuur silicium. De wafers gemaakt van gerecycled silicium zijn verwerkt tot perc-zonnecellen. In de eerste proef was het rendement van de zonnecellen 19,7 procent.

Dold: ‘Dit is lager dan het rendement van de huidige premium perc-zonnecellen – die een efficiëntie hebben van ongeveer 22,2 procent – maar het is zeker hoger dan dat van de zonnecellen in de oude, afgedankte zonnepanelen.’