En Alemania, alrededor de diez mil toneladas de silicio en módulos fotovoltaicos viejos terminan en el mercado de reciclaje cada año y, a partir de 2029, serán varios cientos de miles de toneladas al año. Actualmente, solo se reprocesan el aluminio, el vidrio y el cobre de los módulos antiguos, pero no las células solares de silicio.
Para poder seguir utilizando este material, investigadores del Fraunhofer Center for Silicon Photovoltaics CSP en Halle (Saale) y el Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE junto con la mayor empresa alemana de reciclaje de módulos fotovoltaicos, Reiling GmbH & Co. KG, desarrollaron una solución: el silicio de los módulos se recicló a escala industrial y se utilizó para fabricar nuevas células solares PERC.
La mayoría de los sistemas fotovoltaicos se instalaron en Alemania en la primera ola de expansión entre 2009 y 2011. "Después del final de la tarifa de alimentación de veinte años, se producirá una primera ola de eliminación de residuos a partir de 2029", explica Andreas Bett, director del Fraunhofer ISE. "Por lo tanto, se deben establecer de antemano procesos y métodos razonables para recuperar el silicio de los módulos usados".
Ya en 2021, la cantidad total de módulos fotovoltaicos instalados en Alemania era de alrededor de cinco millones de toneladas, con una proporción de silicio de 150 000 toneladas. Como material semiconductor, el silicio es el principal componente de las células solares.
Por lo tanto, un grupo de trabajo en Fraunhofer CSP ha desarrollado un proceso con Reiling GmbH & Co. KG, financiado por el Ministerio Federal de Asuntos Económicos y Clima BMWK (anteriormente BMWi), con el que se puede recuperar el silicio. Esto permite reciclar todos los módulos fotovoltaicos de silicio cristalino, independientemente del fabricante y el origen.
Peter Dold, director de proyectos de Fraunhofer CSP,, dice: “De lo contrario, sería demasiado esfuerzo para las empresas de reciclaje. Para nosotros era importante desarrollar un proceso escalable que también tuviera sentido económico. Se pueden hacer muchas cosas en el laboratorio, pero nuestro nuevo proceso debería probarse en la práctica para la industria del reciclaje”.
Para el proceso, los fragmentos de células solares se separan y recogen de los subproductos del proceso de tratamiento mecánico ya establecido. El primer paso en Fraunhofer CSP es eliminar el vidrio y el plástico de los fragmentos celulares, que varían en tamaño de 0,1 a 1 milímetro. Luego, el contacto posterior, los contactos de plata, la capa antirreflectante y finalmente el emisor se eliminan gradualmente mediante grabado químico húmedo. El silicio purificado de esta manera se procesa en lingotes monocristalinos o cuasi-monocristalinos en procesos estándar y luego se procesa en obleas.
La cristalización se lleva a cabo con silicio 100 por cien reciclado sin la adición de silicio ultrapuro. Las obleas se procesaron en células solares PERC en Fraunhofer ISE en el PV-TEC , cuya eficiencia celular fue del 19,7 por ciento en la primera prueba. "Eso está por debajo de la eficiencia de las celdas solares PERC premium de hoy en día con una eficiencia de alrededor del 22,2 por ciento, pero ciertamente por encima de las celdas solares en los módulos viejos y desechados", señala Dold, poniendo los primeros resultados en contexto.
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