Photovoltaik-Forschung: PERC-Solarzellen aus 100 Prozent recyceltem Silizium

In Deutschland landen jährlich circa Zehntausend Tonnen Silizium in alten Photovoltaik-Modulen auf dem Recyclingmarkt. Ab 2029 werden es mehrere hunderttausend Tonnen pro Jahr sein. Aktuell nutzt man von Altmodulen nur das Aluminium, Glas und Kupfer wieder, nicht aber die Silizium-Solarzellen. Um auch dieses Material weiter nutzen zu können, haben Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP in Halle (Saale) und des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE gemeinsam mit dem Recyclingunternehmen für PV-Module, der Reiling GmbH & Co. KG, eine Lösung entwickelt. Dafür wird das Silizium der Photovoltaik-Module im industriellen Maßstab wiederverwertet und zur Herstellung neuer PERC-Solarzellen genutzt.

150.000 Tonnen Silizium im Jahr installiert

Die meisten PV-Anlagen wurden in Deutschland in der ersten Ausbauwelle zwischen 2009 und 2011 installiert. „Auf diese wird nach Ende der zwanzig Jahre dauernden Einspeisevergütung ab 2029 absehbar eine erste Entsorgungswelle folgen“, sagt Andreas Bett, Institutsleiter des Fraunhofer ISE. „Es müssen daher im Vorfeld vernünftige Prozesse und Verfahren zur Rückgewinnung des Siliziums aus ausgedienten Modulen aufgebaut werden“. Bereits 2021 betrug die insgesamt installierte Menge an PV-Modulen in Deutschland ungefähr fünf Millionen Tonnen. Darin ist ein Siliziumanteil von 150.000 Tonnen enthalten. Silizium ist als Halbleiter-Material Hauptbestandteil der Solarzellen.

Eine Arbeitsgruppe am Fraunhofer CSP hat mit Reiling deshalb ein Verfahren entwickelt, mit dem man das Silizium zurückgewinnen kann. Das Projekt hat das Bundesministerium für Wirtschaft und Klima BMWK gefördert. Möglich ist damit das Recycling sämtlicher kristalliner Silizium-PV-Module, unabhängig von Hersteller und Herkunft.

Für das Verfahren trennt man aus Nebenprodukten des bereits etablierten mechanischen Aufbereitungsprozesses die Solarzellenbruchstücke ab und sammelt sie. Die Zellbruchstücke im Größenbereich von 0,1 bis 1 Millimeter befreien Mitarbeiter:innen am Fraunhofer CSP im ersten Schritt durch verschiedene Sortierverfahren von Glas und Kunststoff. Danach erfolgt durch nasschemisches Ätzen die schrittweise Entfernung des Rückseitenkontaktes, der Silberkontakte, der Antireflexschicht und letztendlich des Emitters. Das derart aufgereinigte Silizium kann man in Standardprozessen zu monokristallinen oder quasi-monokristallinen Ingots verarbeiten und anschließend zu Wafern weiterprozessieren.

Wirkungsgrad der PERC-Solarzellen aus recyceltem Silizium geringer

Die Kristallisation erfolgt mit 100 Prozent Recycling-Silizium ohne Zusatz von kommerziellem Reinstsilizium. Die Wafer haben Mitarbeiter:innen vom Fraunhofer ISE im PV-TEC zu PERC-Solarzellen verarbeitet, deren Zellwirkungsgrad im ersten Versuch bei 19,7 Prozent lag. „Das liegt unter dem Wirkungsgrad heutiger Premium PERC-Solarzellen mit circa 22,2 Prozent Wirkungsgrad, aber mit Sicherheit über dem der Solarzellen in den alten, ausgemusterten Modulen“, sagt Peter Dold, Projektleiter am Fraunhofer CSP.

8.2.2022 | Quelle: Fraunhofer ISE | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH