Wie Solarzellen schonend und umweltfreundlich recycelt werden können
Das zeigt eine Studie an der Chalmers University of Technology in Göteborg/Schweden.
Ioanna Teknetzi, Doktorandin am Departement Chemie und Chemieingenieurwesen, entwickelte zusammen mit ihren Kollegen Burcak Ebin und Stellan Holgersson eine Auslaugungsmethode, die mit weniger Chemikalien auskommt. Indium, Silber und andere Metalle in Dünnschicht-Solarzellen können effizient rückgewonnen werden – Silber zu 100 Prozent und Indium zu 85 Prozent.
Das Verfahren stellt sich als umweltfreundlicher dar: Die Forscher untersuchten, wie sich die Metalle in den Dünnschicht-Solarzellen in sauren Lösungen mittels einer schonenderen Auslaugungsmethode trennen lassen. „Wir müssen auch Chemikalien einsetzen, aber bei weitem nicht so viel wie bei früheren Auslaugungsmethoden“, erklärt Ioanna Teknetzi. „Um die Reinheit des rückgewonnenen Indiums und Silbers zu überprüfen, haben wir auch die Konzentrationen möglicher Verunreinigungen gemessen und festgestellt, dass eine Optimierung diese reduzieren kann.“
Der Film der Solarzelle wird hinsichtlich Material-Zusammensetzung, Partikelgröße und Dicke analysiert. Die Solarzelle wird in einen Behälter mit einer Säurelösung bei der gewünschten Temperatur gegeben. Rührgeräte werden eingesetzt, um die Auflösung von Metallen in der Säurelösung zu erleichtern. Dieser Vorgang wird als Auslaugen bezeichnet.
Die Wirksamkeit der Auslaugung und die chemischen Reaktionen werden durch die Analyse von Proben bewertet, die man zu bestimmten Zeitpunkten während des Auslaugungsprozesses entnimmt. Die verschiedenen Metalle werden zu unterschiedlichen Zeiten ausgelaugt. Dadurch lässt sich der Prozess stoppen, bevor sich alle Metalle aufzulösen beginnen, was wiederum zu einer höheren Reinheit beiträgt. Wenn das Auslaugen abgeschlossen ist, liegen die gewünschten Metalle in Form von Ionen in der Lösung vor. Sie lassen sich dann leicht reinigen, um bei der Herstellung neuer Solarzellen wiederverwendet werden zu können.
Der Prozess findet bei Raumtemperatur und ohne Wärmezufuhr statt. „Es dauert einen Tag, was etwas länger ist als herkömmliche Methoden, aber mit unserer Methode wird es kostengünstiger und besser für die Umwelt.“ Burcak Ebin hofft, „dass unsere Forschung als Referenz zur Optimierung des Recyclingprozesses dienen und den Weg für eine zukünftige Anwendung des Verfahrens in größerem Maßstab ebnen kann.“
Die Studienergebnisse sind in der Fachzeitschrift Solar Energy Materials and Solar Cells veröffentlicht worden. Originaltitel: “Valuable metal recycling from thin film CIGS solar cells by leaching under mild conditions”. Der Artikel steht zum Download zur Verfügung: sciencedirect.com/science/article/pii/S0927024822005955?via%3Dihub
(Erschienen im EU-Recycling Magazin 06/2023, Seite 45, Foto: Hans / pixabay.com)
