Urządzenie do odzyskiwania czystego krzemu z ogniw fotowoltaicznych

  • W czasach zrównoważonego rozwoju istotną rolę pełnią badania nad wykorzystaniem odnawialnych źródeł energii. Niezwykle ważna stała się dziedzina, zajmująca się przetwarzaniem światła słonecznego na energię elektryczną z wykorzystaniem półprzewodników – Fotowoltaika (PV). Fotowoltaika jest drugą co do wielkości, zaraz po energetyce wiatrowej, najbardziej popularną technologią wykorzystania energii odnawialnej na świecie. Głównymi zaletami systemów PV jest ich prosta konstrukcja, łatwość montażu w porównaniu do innych źródeł zasilania oraz dostępność. Dlatego też w ostatnich latach powstaje coraz więcej elektrowni fotowoltaicznych, również w Polsce. Firmy chętnie inwestują w moduły fotowoltaiczne, gdyż są one uznawane za bezawaryjne, a ich żywotność może osiągnąć nawet 30 lat. Co jednak dzieje się z ogniwami fotowoltaicznymi po zakończeniu ich eksploatacji?

    Wszyscy producenci urządzeń fotowoltaicznych są zobowiązani do ich odbioru po okresie pracy. Dla przykładu Sharp, w ramach prowadzonej polityki ekologicznej, organizuje planowane zbiórki i recykling tych produktów własnej marki, które nie są już używane, co daje tym samym możliwość odzysku cennych surowców i redukcji zanieczyszczenia środowiska. W 2002 roku firma opracowała technologię obejmującą wymianę tyłu epoksydowego, ponowne użycie szklanych frontów, ogniw i innych materiałów.

    Obecnie na rynku dominują technologie I generacji – krzemowe, obejmując ponad 85% produkcji, przy czym coraz większy udział stanowią moduły II generacji – cienkowarstwowe.

    Głównym surowcem do produkcji ogniw fotowoltaicznych I generacji jest krystaliczny krzem o 99% czystości. Aby go wyprodukować niezbędne jest zastosowanie bardzo energochłonnych, czasochłonnych i drogich technologii, co przekłada się na końcową cenę gotowego ogniwa fotowoltaicznego.

    Tematem odzyskiwania czystego krzemu ze zużytych ogniw fotowoltaicznych zajął się zespół naukowców z Wydziału Chemicznego Politechniki Gdańskiej pod kierownictwem prof. dr hab. Ewy Klugmann-Radziemskiej.

    - W przypadku zużytych ogniw fotowoltaicznych starszego typu, zawierających stosunkowo grubą warstwę krzemu, możliwy jest odzysk podłoża krzemowego w całości i wytworzenie na jego bazie nowych ogniw o parametrach elektrycznych nie gorszych niż w przypadku produkcji na nowym materiale krzemowym. W przypadku gdy podłoża nie uda się odzyskać w całości, krzem może być wykorzystany do powtórnego przetworzenia. W obu przypadkach odzyskany materiał krzemowy charakteryzuje się wysoką czystością – zapewnia kierownik zespołu prof. dr hab. Ewa Klugmann-Radziemska.

    Prace nad tą technologią trwały 4 lata. Przez ten czas zespół Politechniki Gdańskiej opracował nie tylko sposób odzyskiwania czystego krzemu z ogniw fotowoltaicznych, ale również półautomatyczny i kontrolowany prototyp urządzenia, który przeprowadzi proces odzysku, zarówno dla kilkunastu, jak i kilkuset ogniw krzemowych jednocześnie. W związku z tym, że metoda odzysku jest typowo chemiczna i osoba nadzorująca proces może być narażona na kontakt z odczynnikami, urządzenie zostało wyposażone w zamkniętą pokrywę chroniącą operatora przed niebezpieczeństwem.

    - Opatentowaliśmy jednocześnie urządzenie jak i sposób. Urządzenie może być modyfikowane. Może mieć różne parametry, wygląd. Jednak sednem tego wynalazku jest technologia chemicznej obróbki ogniw fotowoltaicznych – zaznacza kierownik zespołu.

    Metoda umożliwia otrzymanie czystego krzemu w postaci bryłek lub proszku, w bardzo krótkim czasie i niskim kosztem. Poza ogniwami fotowoltaicznymi, może być on  również wykorzystany przy produkcji mikroprocesorów, mikrokontrolerów i innych układów scalonych oraz jako dodatek do stali zwiększając jakość materiałów. Zapotrzebowanie na czysty krzem jest ogromne. Jego wyprodukowanie natomiast bardzo drogie. Warto więc poszukiwać nowych sposobów na wytworzenie tego materiału.

    Urządzenie jest doskonałym rozwiązaniem dla fabryk zajmujących się montowaniem paneli fotowoltaicznych jak i nowych firm, które szukają nowoczesnych innowacyjnych technologii.

    Obecnie zespół zajmuje się opracowaniem technologii recyklingu modułów cienkowarstwowych, mającej na celu odzysk cennych materiałów, oszczędzając środowisko i wypełniając jednocześnie zapisy legislacyjne, nakładające obowiązek utylizacji substancji niebezpiecznych.