CAS invente la technologie des plaquettes de silicium photovoltaïques

Le recyclage des modules PV gagne en importance et la technologie permettant de retraiter et de purifier le silicium des modules en fin de vie pour les réutiliser dans la chaîne PV pour fabriquer de nouvelles cellules s'est avérée être un défi majeur. Récemment, Xu Xinhai, Wang Yin et Lai Dengguo de l'Université de l'Académie chinoise des sciences ont inventé une technologie pour recycler et mettre à niveau les modules photovoltaïques en silicium cristallin de rebut, obtenant avec succès des plaquettes de silicium souhaitables et de haute pureté avec une structure intacte, une épaisseur minimisée et une excellente lumière. capacité de capture.

Les résultats ont été publiés dans Resources, Conservation & Recycling et sont inclus dans sciencedirect.

1. La valeur de réutilisation du silicium recyclé

Le recyclage et la réutilisation sont l'une des stratégies les plus attrayantes pour compenser l'impact environnemental et transformer les modules photovoltaïques usagés en une ressource durable pour l'industrie photovoltaïque. Par conséquent, de nombreux efforts sont concentrés sur la récupération des ressources des modules PV usagés, en particulier le silicium cristallin (c-Si) des modules PV à base de c-Si, qui détiennent une part de marché majeure.

La précieuse lunette en aluminium est éliminée par dissolution chimique et décomposition thermique, et le matériau d'encapsulation résiduel EVA, qui reste après la séparation, peut être récupéré à partir du verre trempé, des cellules Si et du ruban de soudure Cu. Le silicium de qualité solaire peut être récupéré puis soumis à un processus de purification par gravure chimique et réinjecté comme matière première pour la fabrication de cellules solaires.

L'efficacité de conversion de puissance des cellules solaires Si dépend principalement de leurs propriétés électriques et optiques, y compris la qualité des plaquettes de silicium (par exemple, pureté intrinsèque, épaisseur), des électrodes métalliques, de la passivation de surface et de la capacité de piégeage de la lumière de la structure de surface (Ye et al., 2014). Pour les tranches de silicium recyclées de manière non destructive, il est difficile d'améliorer les propriétés électriques en améliorant leur pureté intrinsèque à moins qu'elles ne soient fondues pour reproduire les lingots.

Des options rentables, durables et bénignes doivent donc être recherchées. Les scientifiques ont proposé un modèle de recyclage idéal pour récupérer des tranches de silicium intactes avec des caractéristiques de réutilisation directe dans des modules photovoltaïques commerciaux pour la refabrication de nouvelles cellules solaires.

2. Passer les lingots et recycler directement les wafers

Les scientifiques du Laboratoire clé de la transformation des polluants urbains de l'Académie chinoise des sciences espèrent s'adapter à cette impossibilité.

Selon les chercheurs, ignorer le processus de production de lingots et de découpe de plaquettes pourrait permettre d'économiser environ 40 % des coûts de production des modules PV, mais la technologie actuelle est toujours confrontée à des défis importants. Par exemple, les impuretés à la surface des cellules de silicium recyclé doivent être éliminées par gravure chimique afin d'obtenir des tranches de silicium pur. Ce processus est traditionnellement drastique et incontrôlable, et tend à conduire à une réduction spectaculaire de l'épaisseur de la tranche.

Dans cette optique, le groupe a recherché des moyens de récupérer des tranches de silicium adaptées à la production de cellules et de modules à haut rendement. Les chercheurs ont récemment développé une méthode de dilatation thermique par solvant combinée à une méthode de décomposition thermique (SSTD) qui intègre la récupération non destructive des cellules de silicium par le processus SSTD, la gravure séquentielle à l'acide pour la pré-purification des plaquettes de silicium, une nouvelle méthode MACE étendue pour l'ultra-purification et fabrication simultanée d'une texture de surface à ultra-faible réflectance et réutilisation dans le système du matériau récupéré.

Les méthodes de traitement chimique employées permettent à la fois de purifier les plaquettes de silicium et d'améliorer leurs propriétés de surface. Après avoir obtenu des tranches de haute pureté et intactes, les chercheurs ont ajusté la texture de surface des tranches de Si récupérées en appliquant un processus MACE en une seule étape avec une gravure chimique assistée par Cu/Ag, tout en construisant de manière contrôlée diverses textures antireflets, y compris d'intéressantes micro-échelles à double échelle. /nanostructures, résultant en une gamme de structures de surface comprenant des DMN, des nanofils, des nanopores et des cônes rectangulaires inversés qui peuvent réduire considérablement la réflectivité de surface et produire des tranches de « silicium noir ».

3. Des résultats de recherche étonnants

Avec cette technique, les chercheurs ont réussi à obtenir des tranches de silicium idéales et de haute pureté avec une structure intacte, une épaisseur minimisée et une excellente capacité de capture de la lumière. Selon l'article, les plaquettes récupérées ont une bonne épaisseur (165 μm), une résistivité (1.02-2.28 Ω-cm), une durée de vie des porteurs (1.12-2.47 μs) et une très faible réflectivité (5-15 %) par rapport aux plaquettes commerciales, ce qui permet de produire des modules photovoltaïques à haut rendement.

Une évaluation économique grossière montre que le coût de production de cette stratégie intégrée est inférieur au prix des tranches de silicium issues des procédés de recyclage conventionnels ou des procédés de production industrielle, et permet également le recyclage complet des cadres en aluminium, du verre trempé, de la bande de cuivre et de l'argent de haute pureté. et la poudre d'aluminium, qui peut être réutilisée dans le système, ce qui se traduit par une viabilité économique et une durabilité élevée des ressources.

Le travail fait partie de la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (n ° 52102120) et est soutenu par la R&D et la démonstration d'application de la technologie de développement durable basée sur les ressources de déchets de biomasse de l'Asie du Sud-Est, et est répertorié comme un «Strategic Pioneering Science and Technology Special Projet (A)" de l'Académie chinoise des sciences (n° XDA23030301). XDA23030301), un projet clé pour le pionnier industriel dans la province du Fujian (n° 2019H0056) et un projet clé pour le développement social dans la province du Fujian (n° 2021Y0069).