CAS menciptakan teknologi wafer silikon fotovoltaik

Daur ulang modul PV semakin penting dan teknologi untuk memproses ulang dan memurnikan bahan silikon dari modul akhir masa pakai untuk digunakan kembali dalam rantai PV untuk memproduksi sel baru telah terbukti menjadi tantangan besar. Baru-baru ini, Xu Xinhai, Wang Yin dan Lai Dengguo di Akademi Ilmu Pengetahuan Universitas Tiongkok telah menemukan teknologi untuk mendaur ulang dan meningkatkan modul PV silikon kristal bekas, berhasil mendapatkan wafer silikon yang diinginkan dan kemurnian tinggi dengan struktur yang utuh, ketebalan yang diminimalkan, dan kemampuan menangkap cahaya yang sangat baik.

Hasilnya telah dipublikasikan di Resources, Conservation &Recycling dan termasuk dalam sciencedirect.

1. Nilai penggunaan kembali silikon daur ulang

Daur ulang dan penggunaan kembali adalah salah satu strategi paling menarik untuk mengimbangi dampak lingkungan dan mengubah modul PV limbah menjadi sumber daya yang berkelanjutan untuk industri PV. Oleh karena itu, banyak upaya difokuskan pada pemulihan sumber daya dari modul PV limbah, terutama silikon kristal (c-Si) dari modul PV berbasis c-Si, yang memiliki pangsa pasar utama.

Bingkai cincin aluminium yang berharga dihilangkan dengan pembubaran kimia dan dekomposisi termal, dan bahan enkapsulasi residu EVA, yang tetap ada setelah pemisahan, dapat dipulihkan lebih lanjut dari kaca tempered, sel Si dan pita solder Cu. Silikon kelas surya dapat dipulihkan dan kemudian mengalami proses pemurnian etsa kimia dan disuntikkan kembali sebagai bahan baku untuk pembuatan sel surya.

Efisiensi konversi daya sel surya Si terutama tergantung pada sifat listrik dan optiknya, termasuk kualitas wafer silikon (misalnya . , kemurnian intrinsik, ketebalan), elektroda logam, pasif permukaan dan kemampuan perangkap cahaya dari struktur permukaan (Ye et al., 2014). Untuk wafer silikon daur ulang non-destruktif, sulit untuk meningkatkan sifat listrik dengan meningkatkan kemurnian intrinsiknya kecuali jika mereka dilebur untuk mereproduksi ingot.

Oleh karena itu, opsi yang hemat biaya, berkelanjutan, dan jinak perlu dicari. Para ilmuwan telah mengusulkan model daur ulang yang ideal untuk memulihkan wafer silikon utuh dengan karakteristik penggunaan kembali langsung dalam modul PV komersial untuk remanufaktur sel surya baru.

2. Lewati ingot dan daur ulang wafer secara langsung

Para ilmuwan di Laboratorium Utama Transformasi Polutan Perkotaan dari Akademi Ilmu Pengetahuan China berharap untuk menyesuaikan diri dengan ketidakmungkinan ini.

Dalam pandangan para peneliti, melewatkan proses produksi ingot dan pemotongan wafer dapat menghemat sekitar 40% dari biaya produksi modul PV, tetapi teknologi saat ini masih menghadapi tantangan yang signifikan. Misalnya, kotoran pada permukaan sel silikon daur ulang perlu dihilangkan dengan etsa kimia untuk mendapatkan wafer silikon murni. Proses ini secara tradisional drastis dan tidak terkendali, dan cenderung menyebabkan pengurangan ketebalan wafer yang dramatis.

Dengan pemikiran ini, kelompok tersebut mencari cara untuk memulihkan wafer silikon yang cocok untuk produksi sel dan modul efisiensi tinggi. Para peneliti baru saja mengembangkan ekspansi termal pelarut yang dikombinasikan dengan metode dekomposisi termal (SSTD) yang mengintegrasikan pemulihan sel silikon non-destruktif dengan proses SSTD, etsa asam berurutan untuk pra-pemurnian wafer silikon, metode MACE baru yang diperluas untuk fabrikasi tekstur permukaan reflektansi ultra-rendah ultra-pemurnian dan simultan, dan penggunaan kembali dalam sistem dari bahan yang dipulihkan.

Metode perawatan kimia yang digunakan baik memurnikan wafer silikon dan meningkatkan sifat permukaannya. Setelah mendapatkan wafer dengan kemurnian tinggi dan utuh, para peneliti telah menyetel tekstur permukaan wafer Si yang dipulihkan dengan menerapkan proses MACE satu langkah dengan etsa kimia berbantuan Cu/Ag, sambil secara controllably membangun berbagai tekstur anti-reflektif termasuk struktur mikro/nano skala ganda yang menarik, menghasilkan berbagai struktur permukaan termasuk DMN, nanowires, nanopori, dan kerucut persegi panjang terbalik yang secara signifikan dapat mengurangi reflektivitas permukaan dan menghasilkan 'struktur mikro hitam' wafer silikon.

3. Hasil penelitian yang luar biasa

Dengan teknik ini, para peneliti telah berhasil memperoleh wafer silikon yang ideal dan kemurnian tinggi dengan struktur yang utuh, ketebalan yang diminimalkan, dan kemampuan menangkap cahaya yang sangat baik. Menurut makalah tersebut, wafer yang dipulihkan memiliki ketebalan yang baik (165 μm), resistivitas (1,02-2,28 Ω-cm), masa pakai pembawa (1,12-2,47 μs) dan reflektivitas ultra-rendah (5-15%) dibandingkan dengan wafer komersial, sehingga layak untuk menghasilkan modul PV efisiensi tinggi.

Penilaian ekonomi kasar menunjukkan bahwa biaya produksi strategi terintegrasi ini lebih rendah daripada harga wafer silikon dari proses daur ulang konvensional atau proses produksi industri, dan juga memungkinkan daur ulang lengkap bingkai aluminium, kaca tempered, strip tembaga dan bubuk perak dan aluminium dengan kemurnian tinggi, yang dapat digunakan kembali dalam sistem, menghasilkan kelayakan ekonomi dan keberlanjutan sumber daya yang tinggi.

Karya ini merupakan bagian dari National Natural Science Foundation of China (No. 52102120) dan didukung oleh Demonstrasi R&D dan Aplikasi Teknologi Pembangunan Berkelanjutan berbasis Sumber Daya Limbah Biomassa Nasional Asia Tenggara, dan terdaftar sebagai "Proyek Khusus Sains dan Teknologi Perintis Strategis (A)" dari Akademi Ilmu Pengetahuan China (No. XDA23030301). XDA23030301), proyek utama untuk perintisan industri di Provinsi Fujian (No.2019H0056), dan proyek utama untuk pembangunan sosial di Provinsi Fujian (No.2021Y0069).