CAS izumljuje tehnologiju fotonaponskih silicijskih ploča

Recikliranje PV modula dobiva na važnosti, a tehnologija za ponovnu obradu i pročišćavanje silikonskog materijala iz dotrajalih modula za ponovnu upotrebu u PV lancu za proizvodnju novih ćelija pokazala se kao veliki izazov. Nedavno su Xu Xinhai, Wang Yin i Lai Dengguo sa Sveučilišta Kineske akademije znanosti izumili tehnologiju za recikliranje i nadogradnju otpadnih fotonaponskih modula od kristalnog silicija, uspješno dobivajući poželjne silikonske pločice visoke čistoće s netaknutom strukturom, minimalnom debljinom i izvrsnom svjetlošću sposobnost hvatanja.

Rezultati su objavljeni u Resources, Conservation & Recycling i uključeni su u sciencedirect.

1. Vrijednost ponovne uporabe recikliranog silicija

Recikliranje i ponovna uporaba jedna je od najatraktivnijih strategija za kompenzaciju utjecaja na okoliš i pretvaranje otpadnih fotonaponskih modula u održivi resurs za fotonaponsku industriju. Stoga su mnogi napori usmjereni na oporabu resursa iz otpadnih PV modula, posebice kristalnog silicija (c-Si) iz PV modula na bazi c-Si, koji imaju veliki tržišni udio.

Vrijedan aluminijski okvir uklanja se kemijskim otapanjem i toplinskom razgradnjom, a preostali materijal za kapsuliranje EVA, koji ostaje nakon odvajanja, može se dalje oporaviti iz kaljenog stakla, Si ćelija i Cu trake za lemljenje. Silicij solarne kvalitete može se obnoviti i potom podvrgnuti procesu pročišćavanja kemijskim jetkanjem i ponovno ubrizgati kao sirovina za proizvodnju solarnih ćelija.

Učinkovitost pretvorbe energije Si solarnih ćelija prvenstveno ovisi o njihovim električnim i optičkim svojstvima, uključujući kvalitetu silicijskih pločica (npr. intrinzičnu čistoću, debljinu), metalne elektrode, površinsku pasivizaciju i sposobnost hvatanja svjetlosti površinske strukture (Ye i sur., 2014). Za nedestruktivno reciklirane silicijske pločice, teško je poboljšati električna svojstva poboljšanjem njihove intrinzične čistoće osim ako se ne rastale za reprodukciju ingota.

Stoga je potrebno tražiti isplative, održive i benigne mogućnosti. Znanstvenici su predložili idealan model recikliranja za obnavljanje netaknutih silikonskih pločica s karakteristikama izravne ponovne upotrebe u komercijalnim PV modulima za ponovnu proizvodnju novih solarnih ćelija.

2. Preskočite poluge i izravno reciklirajte vafle

Znanstvenici u Key Laboratory of Urban Pollutant Transformation Kineske akademije znanosti nadaju se da će se prilagoditi ovoj nemogućnosti.

Prema mišljenju istraživača, preskakanje procesa proizvodnje ingota i rezanja pločica moglo bi uštedjeti oko 40 posto troškova proizvodnje PV modula, ali trenutna tehnologija još uvijek se suočava sa značajnim izazovima. Na primjer, nečistoće na površini recikliranih silicijskih ćelija moraju se ukloniti kemijskim jetkanjem kako bi se dobile pločice od čistog silicija. Ovaj proces je tradicionalno drastičan i nekontroliran, i ima tendenciju da dovede do dramatičnog smanjenja debljine pločice.

Imajući to na umu, skupina je tražila načine za oporabu silikonskih pločica prikladnih za proizvodnju visokoučinkovitih ćelija i modula. Istraživači su nedavno razvili toplinsku ekspanziju otapala u kombinaciji s metodom termičke dekompozicije (SSTD) koja integrira nedestruktivno obnavljanje silicijevih stanica SSTD postupkom, sekvencijalno jetkanje kiselinom za prethodno pročišćavanje silicijskih pločica, novu proširenu MACE metodu za ultra-pročišćavanje i istodobna izrada površinske teksture s ultra-niskom refleksijom i ponovna uporaba obnovljenog materijala unutar sustava.

Primijenjene metode kemijske obrade pročišćavaju silikonske pločice i poboljšavaju njihova površinska svojstva. Nakon dobivanja netaknutih pločica visoke čistoće, istraživači su podesili površinsku teksturu obnovljenih Si pločica primjenom jednostupanjskog MACE procesa s Cu/Ag potpomognutim kemijskim jetkanjem, dok su kontrolirano konstruirali različite antirefleksne teksture uključujući zanimljivu dvostruku mikro skalu /nanostrukture, što rezultira nizom površinskih struktura uključujući DMN, nanožice, nanopore i obrnute pravokutne stošce koji mogu značajno smanjiti refleksiju površine i proizvesti pločice 'crnog silicija'.

3. Nevjerojatni rezultati istraživanja

Ovom tehnikom istraživači su uspjeli dobiti idealne silicijske pločice visoke čistoće s netaknutom strukturom, minimalnom debljinom i izvrsnom sposobnošću hvatanja svjetla. Prema radu, obnovljene pločice imaju dobru debljinu (165 μm), otpornost (1.02-2.28 Ω-cm), vijek trajanja nosača (1.12-2.47 μs) i ultranisku refleksivnost (5-15 posto) u usporedbi s komercijalnim pločama, što ga čini izvedivim za proizvodnju fotonaponskih modula visoke učinkovitosti.

Gruba ekonomska procjena pokazuje da je proizvodni trošak ove integrirane strategije niži od cijene silicijskih pločica iz konvencionalnih procesa recikliranja ili procesa industrijske proizvodnje, a također omogućuje potpuno recikliranje aluminijskih okvira, kaljenog stakla, bakrene trake i srebra visoke čistoće i aluminijski prah, koji se može ponovno koristiti unutar sustava, što rezultira ekonomskom održivošću i visokom održivošću resursa.

Rad je dio Nacionalne zaklade za prirodne znanosti Kine (br. 52102120) i podržan je od strane Nacionalnog istraživanja i razvoja tehnologije održivog razvoja i demonstracije primjene Nacionalne zaklade za biomasu i otpad jugoistočne Azije, te je naveden kao "Strategic Pioniring Science and Technology Special Projekt (A)" Kineske akademije znanosti (br. XDA23030301). XDA23030301), ključni projekt za industrijski pionir u provinciji Fujian (br. 2019H0056) i ključni projekt za društveni razvoj u provinciji Fujian (br. 2021Y0069).