Trennen von Siliziumzellen aus bifacialen Glas-Photovoltaikmodulen am Lebensende mit kontinuierlichen Lasern

Warum alte Solarmodule noch wichtig sind

Solarenergie breitet sich weltweit auf Dächern und in Wüsten aus, aber diese glänzenden Module sind nicht für die Ewigkeit gemacht. Wenn die ersten Generationen von Solarparks das Rentenalter erreichen, müssen Millionen Tonnen ausgedienter Module sicher behandelt werden. Werden sie vergraben oder verbrannt, können toxische Stoffe austreten und wertvolle Metalle sowie hochreines Silizium verloren gehen. Diese Studie untersucht eine sauberere Methode, um eine neuere Modultyps — sogenannte bifaciale Glasmodule — auseinanderzunehmen, indem sorgfältig abgestimmtes Laserlicht eingesetzt wird, sodass die wichtigsten Komponenten statt weggeworfen wiedergewonnen und wiederverwendet werden können.

Was diese Solarmodule anders macht

Konventionelle Solarmodule sammeln Licht nur von einer Seite und haben meist eine Kunststoffrückseite. Bifaciale Module dagegen bestehen aus Glas auf beiden Seiten und können Licht von vorne und hinten einfangen, was den Stromertrag steigert. Zwischen den Glasschichten sitzen dünne Siliziumzellen, die von einem transparenten Kunststoff namens EVA gehalten werden, sowie empfindliche Antireflexbeschichtungen, die den Lichteintrag verbessern. Dieses zusätzliche Glas und die Beschichtung erhöhen die Herstellungskosten, senken aber die Kosten pro Kilowattstunde über die Lebensdauer des Moduls. Da bifaciale Designs schnell Marktanteile gewinnen, ist es dringend nötig, eine sichere und effiziente Methode zu finden, um diese komplexeren Schichtaufbauten am Ende ihrer Lebensdauer zu demontieren.

Warum aktuelle Recyclingwege nicht ausreichen

Heute verlassen sich Recycler hauptsächlich auf drei Verfahren, um die Schichten innerhalb von Solarmodulen zu trennen. Thermische Methoden erhitzen Module, bis das EVA sich zersetzt — das funktioniert, verbraucht aber viel Energie und kann schädliche Dämpfe freisetzen, die nachbehandelt werden müssen. Chemische Verfahren legen Module in organische Lösungsmittel, die das EVA auflösen oder quellen lassen; sie sind langsam, benötigen große Mengen teurer Chemikalien und erzeugen belastete Flüssigkeitsabfälle. Physikalische Methoden zerkleinern die Module und trennen die Teile nach Größe, Ladung oder Dichte, wodurch Materialien vermischt werden und es schwierig wird, reine, wertvolle Produkte wie intakte Siliziumzellen zu gewinnen. Keines dieser Verfahren eignet sich ideal für doppelt verglaste bifaciale Module, die schwerer sauber zu trennen sind.

Laserlicht als Präzisionswerkzeug

Die Forschenden entwickelten eine andere Strategie: Ein leistungsstarker, aber kontrolliert eingesetzter kontinuierlicher Laser wird durch Glas und EVA geschickt, sodass er vor allem vom Silizium absorbiert wird. Da während der Bearbeitung keine Drähte mit dem Modul verbunden sind, wandelt sich das absorbierte Licht direkt an der Zelloberfläche in Wärme um. Durch Anpassung von Laserleistung, Frequenz und der Ein‑/Aus‑Timing ließ sich die lokale Temperatur so steigern, dass die Bindungen geschwächt wurden, ohne den Kunststoff zu verbrennen oder Rauch zu erzeugen. Unter optimierten Einstellungen (1200 W Leistung, 2000 Hz Frequenz, 5 % Tastverhältnis) zerstört der Laser die dünne Antireflexschicht und verändert leicht eine sehr dünne EVA‑Grenzschicht in Kontakt mit der Zelle. Dieser Doppelteffekt löst die „Haftpunkte“, an denen EVA am Silizium haftet, während der Großteil des Plastiks und des Glases intakt bleibt.

Was sich im Inneren des Moduls abspielt

Mikroskopische Aufnahmen und Oberflächenchemie‑Messungen zeigten, dass auf der laserexponierten Seite die Antireflexschicht aus Siliziumnitrid schrittweise zerstört und teilweise zu Siliziumoxid umgewandelt wird. Während diese Schicht verschwindet, sinkt die Kraft, die benötigt wird, um EVA von den Zellen zu lösen, gegen Null. Gleichzeitig zeigten Tests am EVA, dass nur eine winzige Grenzschicht betroffen ist: Einige chemische Bindungen brechen und kleine Moleküle wie Essigsäure werden freigesetzt, wodurch die Klebrigkeit vorübergehend abnimmt, aber das Hauptnetzwerk des Polymers bleibt intakt. Praktisch bedeutet das: Wenn das behandelte Modul geöffnet wird, hebt sich Glas und EVA auf der Laserseite sauber ab und hinterlässt praktisch keine Rückstände auf den Siliziumzellen, die größtenteils als intakte Stücke an der gegenüberliegenden, unbehandelten EVA‑Schicht haften bleiben, statt in Scherben zu zerfallen.

Grüneres Recycling mit Wachstumspotenzial

Um die breiteren Auswirkungen zu bewerten, verglichen die Autorinnen und Autoren ihren Laseransatz mit früheren chemischen und thermisch‑mechanischen Recyclingverfahren anhand einer Lebenszyklusanalyse. Für die Verarbeitung derselben Masse an Modulmaterial in einem Labormaßstab vermied die Lasermethode den Einsatz von Lösungsmitteln und Hochtemperaturofen, reduzierte den Verbrauch fossiler Brennstoffe und senkte Emissionen, die mit Klimawandel, Luftverschmutzung und Toxizität verbunden sind. Da der Prozess schnell ist und durch das Bewegen eines Scankopfes über große Module automatisiert werden kann, lässt er sich potenziell für industrielle Linien hochskalieren. Der Preis dafür sind zusätzliche Investitionen in Laserausrüstung und die Einschränkung, dass die Methode nur dort funktioniert, wo Siliziumzellen vorhanden sind. Insgesamt zeigt die Studie, dass der kluge Einsatz von Licht alte bifaciale Solarmodule in eine sauberere Quelle wiederverwendbaren Siliziums und Glases verwandeln kann und so zur Nachhaltigkeit der Solarenergie von der Installation bis zur Stilllegung beiträgt.

Zitation: Zhang, C., Zhao, Z., Wang, R. et al. Separate silicon cells from end-of-life bifacial glass photovoltaic modules using continuous lasers. Sci Rep 16, 4986 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35277-z

Schlüsselwörter: Recycling von Solarmodulen, bifaciale Photovoltaik, Laserbearbeitung, Rückgewinnung von Siliziumzellen, Elektronikschrott