Investigadores de dos centros tecnológicos alemanes especializados en energía solar han desarrollado una solución que permite reutilizar el silicio de los módulos solares desechados para producir con este material nuevas células solares PERC. El Fraunhofer Center for Silicon Photovoltaics CSP y el Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE han ideado este nuevo método junto a una empresa germana del sector.
Alrededor de diez mil toneladas de silicio en módulos fotovoltaicos desechados terminan anualmente en el mercado de reciclaje en Alemania. Esta cifra aumentará a varios cientos de miles de toneladas por año para 2029. Actualmente, el aluminio, el vidrio y el cobre de los módulos desechados se reprocesan, sin embargo, las células solares de silicio no.
La mayoría de los sistemas fotovoltaicos en Alemania se instalaron entre 2009 y 2011 durante la primera ola de expansión fotovoltaica. Esta expansión, previsiblemente, será seguida por una primera ola de eliminación veinte años después, alrededor de 2029, cuando expire la tarifa de alimentación para los módulos fotovoltaicos instalados. En 2021, la cantidad total instalada de módulos fotovoltaicos en Alemania era de unos cinco millones de toneladas, con un contenido de silicio de 150.000 toneladas.
Por tanto, es necesario establecer procesos y procedimientos adecuados para recuperar el material de silicio de los módulos desechados en una etapa temprana.
Método escalable
Un grupo de trabajo de Fraunhofer CSP, junto con Reiling GmbH & Co. KG, ha desarrollado un proceso para recuperar el material de silicio con fondos del Ministerio Federal Alemán de Asuntos Económicos y Clima BMWK (anteriormente BMWi).
Con este proceso, es posible reciclar todos los módulos fotovoltaicos de silicio cristalino, independientemente del fabricante y el origen. Para los investigadores, era importante desarrollar un proceso escalable, que tuviera sentido económico y pudiera ser puesto a prueba por la industria del reciclaje.
Células solares con silicio 100% reciclado
En el método desarrollado, los fragmentos de celdas solares se separan y se recolectan. En Fraunhofer CSP, los fragmentos de células con tamaños de 0,1 a 1 milímetro se separan primero del vidrio y el plástico mediante varios procesos de clasificación. A esto le sigue la eliminación paso a paso del contacto trasero, los contactos de plata, la capa antirreflectante y finalmente el emisor mediante grabado químico húmedo. El silicio limpiado de esta manera se procesa primeramente en lingotes monocristalinos o cuasi-monocristalinos y, después, en obleas.
La cristalización se lleva a cabo con silicio 100% reciclado sin la adición de silicio ultrapuro comercial. Las obleas hechas de silicio reciclado se utilizaron en la fabricación de células solares PERC en PV-TEC de Fraunhofer ISE. En la primera prueba se consiguió una eficiencia de conversión de la celda solar del 19,7%. Este nivel está por debajo de la eficiencia de las celdas solares PERC premium de hoy en día, cuya eficiencia está en torno al 22,2%, pero por encima de las celdas solares en los módulos viejos y desechados.