Kürzlich gelang dem National Renewable Energy Laboratory (NREL), Teil des US-Energieministeriums, ein revolutionärer Durchbruch, als es eine Proof-of-Concept-Methode entwickelte, die darauf abzielt, Polymere vollständig aus der Herstellung von Solarmodulen zu entfernen, was zu effizienteren und effizienteren Ergebnissen führt umweltfreundliches Recycling.
Solarmodule werden seit langem für ihre Recyclingfähigkeit gelobt. Allerdings stellen die dünnen Kunststoffschichten, die im Herstellungsprozess verwendet werden, Herausforderungen dar, die das effiziente Recycling wertvoller Materialien wie Silizium und Silber behindern.
Um dieser Herausforderung zu begegnen, hat das Forschungsteam von NREL einen anderen Ansatz gewählt und eine innovative Lösung entwickelt, um das Glas-Glas-Schweißen direkt in Solarzellen umzusetzen.
Der Kern dieser Lösung liegt in der Nutzung der Infrarot-Femtosekundenlasertechnologie. Durch die präzise Steuerung des Laserpulses wird die Energie in sehr kurzer Zeit auf einen bestimmten Bereich des Solarpanels fokussiert, wodurch eine robuste Glas-Glas-Schweißnaht entsteht. Erwähnenswert ist, dass die Femtosekundenlasertechnologie im Bereich der medizinischen Augenchirurgie, beispielsweise der Kataraktchirurgie, bereits weit verbreitet ist und ihre Sicherheit und Zuverlässigkeit vollständig bestätigt wurde.
Durch das Laserschweißen entfällt der Bedarf an Kunststofflaminaten in Solarmodulen vollständig, was den Recyclingprozess erheblich vereinfacht. Am Ende der Panel-Lebensdauer lassen sich die durch Laserschweißen hergestellten Module problemlos zerlegen, die darin enthaltenen Glas- und Metalldrähte lassen sich problemlos recyceln und das Siliziummaterial kann wiederverwendet werden.
David Young, leitender Wissenschaftler in der Gruppe „Effiziente kristalline Photovoltaik“ in der Abteilung für Chemie und Nanowissenschaften des NREL, sagte: „Unter den meisten Recyclern herrscht allgemeiner Konsens darüber, dass Polymere das Hauptproblem sind, das den Recyclingprozess behindert. Die Einführung unserer Technologie ist sicherlich der Anfang.“ eröffnet völlig neue Möglichkeiten für das Recycling von Solarmodulen.
Die Forschung wurde im IEEE Journal of Photovoltaics veröffentlicht. Das Forschungsteam weist darauf hin, dass die Laserschweißtechnologie ein breites Anwendungsspektrum hat, nicht nur für Siliziummaterialien, sondern auch für eine Vielzahl von Materialien wie Calcit und Cadmiumtellurid. Aufgrund der hohen Fokussierung des Lasers ist die erzeugte Wärme auf einen sehr kleinen Bereich beschränkt und verursacht keine Schäden am Batteriematerial. Gleichzeitig ist die Festigkeit der Schweißnähte im Glas mit der des Glases selbst vergleichbar und gewährleistet so die langfristige Stabilität und Haltbarkeit des Moduls.
Young erklärt weiter: „Solange das Glas selbst nicht zerbrochen ist, verursachen die Schweißnähte keine Probleme. Darüber hinaus wird die Härte des geschweißten Moduls aufgrund des Fehlens von Polymer zwischen den Glasstücken erheblich verbessert. Unsere Untersuchungen zeigen, dass dies bei ordnungsgemäßer Herstellung der Fall ist.“ Durch die Installation und Änderung der Prägemerkmale des Walzglases kann das geschweißte Modul so hart werden, dass es den Anforderungen der statischen Belastungsprüfung entspricht.“
In der Vergangenheit haben Forscher versucht, Kanten mithilfe von Nanosekundenlasern und Glasfrittenfüllern zu versiegeln, die Ergebnisse waren jedoch nicht positiv. Die spröde Beschaffenheit der Schweißnähte machte sie für die Konstruktion von Außenmodulen ungeeignet. Im Gegensatz dazu erreicht die von NREL entwickelte Femtosekunden-Laserschweißtechnologie eine überlegene Versiegelungsfestigkeit zu einem Bruchteil der Kosten und stellt eine starke Technologie für das Recycling von Solarmodulen dar.
Diese Forschung wird von der Durable Module Materials Alliance unterstützt, die sich für die Verlängerung der Lebensdauer von Solarmodulen auf 50 Jahre und mehr einsetzt. Mit der innovativen Lasertechnologie von NREL können wir davon ausgehen, dass wir in Zukunft ein effizienteres und umweltfreundlicheres Solarpanel-Recycling realisieren und so zur nachhaltigen Entwicklung erneuerbarer Energien beitragen können.
