CAS ממציאה את טכנולוגיית פרוסות סיליקון פוטו-וולטאיות
Jul 06, 2022
מיחזור מודולי PV מקבל חשיבות והטכנולוגיה לעיבוד מחדש וטיהור חומר הסיליקון ממודולים שסופקו לשימוש חוזר בשרשרת ה-PV לייצור תאים חדשים הוכחה כאתגר גדול. לאחרונה, Xu Xinhai, Wang Yin ו-Lai Dengguo באוניברסיטת האקדמיה הסינית למדעים המציאו טכנולוגיה למיחזור ושדרוג מודולי סיליקון גבישיים של גרוטאות סיליקון, תוך השגת בהצלחה פרוסות סיליקון רצויות וטוהר גבוה עם מבנה שלם, עובי ממוזער ואור מעולה יכולת לכידה.
התוצאות פורסמו ב-Resources, Conservation & Recycling ונכללות ב- sciencedirect.
1. ערך השימוש החוזר של סיליקון ממוחזר
מיחזור ושימוש חוזר היא אחת האסטרטגיות האטרקטיביות ביותר לקזז את ההשפעה הסביבתית ולהפוך מודולי PV לפסולת למשאב בר-קיימא עבור תעשיית ה-PV. לכן, מאמצים רבים מתמקדים בשחזור משאבים מפסולת מודולי PV, במיוחד סיליקון גבישי (c-Si) ממודולי PV מבוססי c-Si, שיש להם נתח שוק גדול.
מסגרת האלומיניום היקרה מוסרת על ידי פירוק כימי ופירוק תרמי, וניתן לשחזר את שאריות חומר המעטפת EVA, שנשאר לאחר ההפרדה, מזכוכית מחוסמת, תאי Si וסרט הלחמה Cu. ניתן לשחזר סיליקון בדרגת שמש ולאחר מכן לעבור תהליך טיהור תחריט כימי ולהזריק מחדש כחומר גלם לייצור תאים סולאריים.
יעילות המרת ההספק של תאים סולאריים Si תלויה בעיקר בתכונות החשמליות והאופטיות שלהם, כולל איכות פרוסות הסיליקון (למשל, טוהר פנימי, עובי), אלקטרודות מתכת, פסיבציה של פני השטח ויכולת לכידת האור של מבנה פני השטח (Ye et al., 2014). עבור פרוסות סיליקון ממוחזרות ללא הרס, קשה לשפר את התכונות החשמליות על ידי שיפור הטוהר הפנימי שלהן, אלא אם כן הם מומסים כדי לשחזר את המטילים.
לכן יש לחפש אפשרויות חסכוניות, בנות קיימא וטובות. מדענים הציעו מודל מיחזור אידיאלי לשחזור פרוסות סיליקון שלמות עם מאפייני שימוש חוזר ישיר במודולי PV מסחריים לייצור מחדש של תאים סולאריים חדשים.
2. לדלג על המטילים ולמחזר את הפרוסים ישירות
מדענים במעבדת המפתח להמרת מזהמים עירוניים של האקדמיה הסינית למדעים מקווים להסתגל לחוסר האפשרות הזו.
לדעת החוקרים, דילוג על תהליך ייצור המטיל וחיתוך פרוסות עשוי לחסוך כ-40% מעלות ייצור מודול ה-PV, אך הטכנולוגיה הנוכחית עדיין עומדת בפני אתגרים משמעותיים. לדוגמה, יש להסיר זיהומים על פני השטח של תאי סיליקון ממוחזרים על ידי תחריט כימי על מנת להשיג פרוסות סיליקון טהורות. תהליך זה הוא באופן מסורתי דרסטי ובלתי נשלט, ונוטה להוביל להפחתה דרמטית בעובי הפרוסים.
מתוך מחשבה על כך, הקבוצה חיפשה דרכים לשחזר פרוסות סיליקון המתאימות לייצור תאים ומודולים בעלי יעילות גבוהה. החוקרים פיתחו לאחרונה התפשטות תרמית ממס בשילוב עם שיטת פירוק תרמי (SSTD) המשלבת שחזור תאי סיליקון לא הרסני על ידי תהליך SSTD, תחריט חומצה רציף לטיהור מקדים של פרוסות סיליקון, שיטת MACE מורחבת חדשה לטיהור אולטרה ו ייצור מרקם משטח בעל החזרה נמוכה במיוחד, ושימוש חוזר בתוך המערכת בחומר המשוחזר.
שיטות הטיפול הכימיות המשמשות הן מטהרות את פרוסות הסיליקון והן משפרות את תכונות פני השטח שלהן. לאחר השגת טוהר גבוה ופרוסים שלמים, החוקרים כוונו את מרקם פני השטח של פרוסות ה-Si המשוחזרות על ידי יישום תהליך MACE חד-שלבי עם תחריט כימי בסיוע Cu/Ag, תוך בנייה מבוקרת של טקסטורות אנטי-רפלקטיביות שונות כולל מיקרו בקנה מידה כפול מעניין. /nanostructures, וכתוצאה מכך מגוון של מבני פני השטח כולל DMNs, ננו-חוטים, ננו-נקבים וקרוטים מלבניים הפוכים שיכולים להפחית באופן משמעותי את רפלקטיביות פני השטח ולייצר פרוסות 'סיליקון שחור'.
3. תוצאות מחקר מדהימות
בטכניקה זו, החוקרים הצליחו להשיג פרוסות סיליקון אידיאליות וטוהר גבוה בעלות מבנה שלם, עובי ממוזער ויכולת לכידת אור מעולה. על פי המאמר, לפרוסות המשוחזרות יש עובי טוב (165 מיקרומטר), התנגדות (1.02-2.28 Ω-cm), אורך חיי הנשא (1.12-2.47 מיקרומטרים) ונמוכים במיוחד. רפלקטיביות (5-15 אחוזים ) בהשוואה לפרוסות מסחריות, מה שמאפשר לייצר מודולי PV ביעילות גבוהה.
הערכה כלכלית גסה מלמדת כי עלות הייצור של אסטרטגיה משולבת זו נמוכה ממחיר פרוסות סיליקון מתהליכי מיחזור קונבנציונליים או תהליכי ייצור תעשייתיים, וכן מאפשרת מיחזור מלא של מסגרות אלומיניום, זכוכית מחוסמת, פס נחושת וכסף בטוהר גבוה. ואבקת אלומיניום, שניתן לעשות בה שימוש חוזר בתוך המערכת, וכתוצאה מכך כדאיות כלכלית וקיימות משאבים גבוהה.
העבודה היא חלק מהקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (מס' 52102120) ונתמכת על ידי הקרן הלאומית לפסולת ביומסה מבוססת משאבי ביומסה בר-קיימא של טכנולוגיות מו"פ והדגמת יישומים בדרום-מזרח אסיה, והיא רשומה כ"מיוחד אסטרטגי חלוצי למדע וטכנולוגיה פרויקט (A)" של האקדמיה הסינית למדעים (מס' XDA23030301). XDA23030301), פרויקט מפתח לחלוציות תעשייתיות במחוז פוג'יאן (מס' 2019H0056), ופרויקט מפתח לפיתוח חברתי במחוז פוג'יאן (מס' 2021Y0069).
