הפרדת תאי סיליקון ממודולים פוטו־וולטאיים בזכוכית דו‑צדדית בסוף מחזור החיים באמצעות לייזרים רציפים

מדוע פנלים סולאריים ישנים עדיין חשובים

אנרגיה סולארית מתפשטת על גגות ובמדבריות ברחבי העולם, אך הפנלים המבריקים הללו אינם מחזיקים לנצח. ככל שהדורות הראשונים של פארקי השמש מגיעים לגיל פרישה, מיליוני טונות של פנלים בסוף מחזור החיים ידרשו טיפול בטוח. קבורתם או שריפתם עלולות לשחרר חומרים רעילים ולהבזבז מתכות יקרות וסיליקון טהור. המחקר הזה חוקר דרך נקייה יותר לפרק סוג חדש של פנל, שנקרא מודול זכוכית דו‑צדדי, באמצעות קרן לייזר מנוטבת היטב כך שניתן לשחזר את הרכיבים המרכזיים ולשמשם מחדש במקום להשליכם לפח.

מה מיוחד בפנלים אלה

פנלים מסורתיים אוספים אור מצדו האחד ובדרך כלל כוללים גיבוי פלסטי. מודולים דו‑צדדיים, לעומת זאת, מיוצרים מזכוכית משני הצדדים ומסוגלים לקלוט אור מקדימה ומאחורה, מה שמגביר את ייצור החשמל. בין שכבות הזכוכית נמצאים תאי סיליקון דקיקים המוחזקים על ידי פלסטיק שקוף הנקרא EVA, בנוסף לציפויי אנטי‑רפלקציה עדינים שמסייעים לתאים ללכוד אור בצורה יעילה יותר. הזכוכית והציפוי הנוספים מייקרים את הייצור אך מורידים את עלות הקילוואט‑שעה לאורך חיי הפנל. ככל שעיצובי הדו‑צדדיים צוברים נתח שוק במהירות, הפכה הדחיפות למצוא דרך בטוחה ויעילה לפירוק ערימות מורכבות אלה בסוף חייהן למשימה חשובה.

מדוע מסלולי המיחזור הנוכחיים אינם מספקים

כיום הממיחזרים מסתמכים בעיקר על שלוש גישות להפרדת השכבות בתוך פנלים. שיטות תרמיות מחממות את הפנלים עד שהתאדה ה‑EVA, דבר שעובד אך צורך הרבה אנרגיה ועלול לשחרר קיטור מזיק שדורש טיפול נוסף. שיטות כימיות טובלות את הפנלים בממסים אורגניים הממוססים או מרחיבים את ה‑EVA; הן איטיות, תלויות בכמויות גדולות של חומרים יקרים ויוצרות שפכי נוזלים מזהמים. שיטות פיזיות מרסקות את הפנלים ואז מפרידות את החלקים לפי גודל, מטען או צפיפות, מה שמערבב חומרים וקשה להפיק מוצרים טהורים ובעלי ערך גבוה כמו תאים שלמים של סיליקון. אף אחת מהשיטות הללו אינה מותאמת באופן אידיאלי למודולים דו‑צדדיים מזכוכית, שקשה יותר לפרקם באופן נקי.

שימוש באור לייזר ככלי דיוק

החוקרים פיתחו אסטרטגיה שונה: להאיר קרן לייזר רציפה חזקה אך נשלטת בקפידה דרך הזכוכית וה‑EVA כך שתיספג בעיקר על ידי תאי הסיליקון. משום שבמהלך העיבוד אין חיבורי כבלים לפנל, האור הנספג מתמחלל לחום בדיוק על פני שטח התא. באמצעות כוונון ההספק, התדירות וזמן ההדלקה־כיבוי של הלייזר, הצוות הרים את הטמפרטורה המקומית מספיק כדי להחליש את הקשרים מבלי לשרוף את הפלסטיק או ליצור עשן. בהגדרות מיטביות (הספק 1200 W, תדירות 2000 Hz, מחזור עבודה 5%), הלייזר מפוצץ את ציפוי האנטי‑רפלקציה הדק ומשנה במעט שכבה חיצונית דקיקה של EVA במגע עם התא. אפקט כפול זה מסיר את «נקודות האחיזה» שבהן ה‑EVA נדבק לסיליקון בעוד שהעיקר של הפלסטיק והזכוכית נשארים שלמים.

מה קורה בתוך הפנל

תמונות מיקרוסקופ ומדידות כימיה שטחיות הראו שבצד החשוף ללייזר ציפוי האנטי‑רפלקציה העשוי ניטריד הסיליקון נהרס בהדרגה וחלקו הומר לאוקסיד סיליקון. כשציפוי זה נעלם, הכוח הנדרש לקילוף ה‑EVA מהתאים יורד כמעט לאפס. במקביל, בדיקות על ה‑EVA חשפו שרק שכבה ממספחתית זעירה הושפעה: קשרים כימיים מסוימים נשברים ומולקולות קטנות כמו חומצה אצטית משתחררות, מה שמוריד לזמן קצר את הדביקות, אך רשת הפולימר העיקרית נשארת שלמה. במונחים פרקטיים, כאשר הפנל המטופל נפתח, הזכוכית וה‑EVA בצד המוקרן עולים ונפרדים בצורה נקייה, ומשאירים כמעט בלי שאריות על תאי הסיליקון, שלרוב נשארים מחוברים לשכבת ה‑EVA הנגדית הבלתי‑מטופלת כחתיכות שלמות במקום כחתיכות מרוסקות.

מיחזור ירוק יותר עם פוטנציאל להתרחבות

כדי להבין את ההשפעה הרחבה יותר השוו המחברים את גישת הלייזר שלהם לתכניות מיחזור כימיות ותרמיות‑מכניות קודמות באמצעות הערכת מחזור חיים. לעיבוד אותה מסת חומר פנל בהתקן בקנה‑מידה מעבדתי, שיטת הלייזר המנעה שימוש בממסים ותנורים בטמפרטורות גבוהות, החסיכה בשימוש בדלקים מאובנים והפחתת פליטות הקשורות לשינויי אקלים, זיהום אוויר ורעילות. משום שהתהליך מהיר וניתן לאוטומציה על‑ידי הזזת ראש סריקה על פני מודולים גדולים, הוא יכול להתאים לקווי תעשייה בהיקף. הפשרה היא השקעה נוספת בציוד לייזר ועובדה שהשיטה פועלת רק באזורים שבהם יש תאי סיליקון. בסה"כ המחקר מראה שהשימוש החכם באור יכול להפוך פנלים סולאריים דו‑צדדיים ישנים למקור נקי יותר של סיליקון וזכוכית שניתנים לשימוש חוזר, ובכך לסייע לקיימות האנרגיה הסולארית מהתקנה ועד פרישה.

ציטוט: 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

מילות מפתח: מיחזור פנלים סולריים, פוטו־וולטאי דו‑צדדי, עיבוד בלייזר, שחזור תאי סיליקון, פסולת אלקטרונית