Scheid siliciummodules van end‑of‑life bifaciale glazen fotovoltaïsche modules met continue lasers

Waarom oude zonnepanelen nog steeds belangrijk zijn

Zonne-energie verspreidt zich over daken en woestijnen wereldwijd, maar die glanzende panelen gaan niet eeuwig mee. Nu de eerste generaties zonneparken het einde van hun levensduur naderen, moeten miljoenen tonnen end‑of‑life‑panelen op een veilige manier worden verwerkt. Als ze worden begraven of verbrand, kunnen ze giftige stoffen lekken en gaan waardevolle metalen en hoogzuiver silicium verloren. Deze studie onderzoekt een schonere manier om een nieuwer type paneel — een bifacial glazen module — uit elkaar te halen met zorgvuldig afgestemde laserstraling, zodat de belangrijkste onderdelen kunnen worden teruggewonnen en hergebruikt in plaats van weggegooid.

Wat deze zonnepanelen anders maakt

Traditionele zonnepanelen vangen licht aan één zijde en hebben doorgaans een kunststof achterlaag. Bifaciale modules daarentegen bestaan uit glas aan beide zijden en kunnen licht van voor- en achterkant benutten, wat de elektriciteitsopbrengst verhoogt. Tussen de glaslagen zitten dunne siliciumcellen die op hun plaats worden gehouden door een transparante kunststof genaamd EVA, plus kwetsbare antireflectielaagjes die helpen het licht efficiënter te vangen. Dat extra glas en die coatings verhogen de productiekosten, maar verlagen de kostprijs per kilowattuur over de levensduur van het paneel. Nu bifaciale ontwerpen snel marktaandeel winnen, is het dringend om een veilige en efficiënte manier te vinden om deze complexere stapels aan het einde van hun levensduur uit elkaar te halen.

Waarom huidige recyclingroutes tekortschieten

Vandaag de dag vertrouwen recyclers vooral op drie routes om de lagen in zonnepanelen te scheiden. Thermische methoden verwarmen panelen totdat de EVA ontleedt; dat werkt, maar verbruikt veel energie en kan schadelijke dampen vrijgeven die extra behandeling vereisen. Chemische methoden weken panelen in organische oplosmiddelen die de EVA oplossen of laten zwellen; die zijn traag, vergen grote hoeveelheden dure chemicaliën en produceren verontreinigd vloeibaar afval. Fysische methoden verbrijzelen de panelen en scheiden vervolgens de stukken op grootte, lading of dichtheid, wat materialen mengt en het moeilijk maakt zuivere, hoogwaardige producten zoals intacte siliciumcellen terug te winnen. Geen van deze benaderingen is ideaal voor dubbel‑glas bifaciale modules, die moeilijker schoon uit elkaar te halen zijn.

Laserlicht gebruiken als precisiegereedschap

De onderzoekers ontwikkelden een andere strategie: schijn een krachtige maar zorgvuldig gecontroleerde continue laser door het glas en de EVA zodat die voornamelijk door de siliciumcellen wordt geabsorbeerd. Omdat het paneel tijdens de bewerking niet elektrisch is aangesloten, zet het geabsorbeerde licht zich direct om in warmte bij het celoppervlak. Door het laservermogen, de frequentie en de “aan‑uit” timing aan te passen, bracht het team de lokale temperatuur hoog genoeg om de verbindingen te verzwakken zonder het plastic te verbranden of rook te creëren. Onder geoptimaliseerde instellingen (1200 W vermogen, 2000 Hz frequentie, 5% duty cycle) scheurt de laser de dunne antireflectielaag en verandert hij licht een zeer dunne laag EVA die in contact staat met de cel. Dit dubbele effect verwijdert de ‘grijppunten’ waar EVA aan het silicium kleeft, terwijl het grootste deel van het plastic en glas intact blijft.

Wat er binnenin het paneel gebeurt

Microscoopbeelden en oppervlaktechemische metingen toonden aan dat aan de laserblootgestelde zijde de antireflectielaag van silicumnitride geleidelijk wordt vernietigd en deels verandert in siliciumoxide. Terwijl die coating verdwijnt, neemt de kracht die nodig is om EVA van de cellen te pellen bijna af tot nul. Tegelijkertijd lieten tests aan de EVA zien dat slechts een zeer dunne interfacelaag wordt aangetast: sommige chemische bindingen breken en kleine moleculen zoals azijnzuur komen vrij, waardoor de kleefkracht tijdelijk daalt, maar het hoofdnetwerk van de polymeer blijft intact. In praktische termen betekent dit dat wanneer het behandelde paneel wordt geopend, het glas en de EVA aan de laserkant keurig loskomen en vrijwel geen residu op de siliciumcellen achterblijft, die meestal als intacte stukken aan de tegenovergestelde, onbehandelde EVA‑laag blijven zitten in plaats van in verbrijzelde fragmenten.

Groener recyclen met ruimte om te groeien

Om het bredere effect te begrijpen, vergeleken de auteurs hun laserbenadering met eerdere chemische en thermisch‑mechanische recyclingmethoden met behulp van een levenscyclusanalyse. Voor het verwerken van dezelfde massa paneelmateriaal in een labopsstelling voorkwam de lasermethode het gebruik van oplosmiddelen en hogetemperatuurovens, waardoor het gebruik van fossiele brandstoffen daalde en de emissies gerelateerd aan klimaatverandering, luchtverontreiniging en toxiciteit werden verminderd. Omdat het proces snel is en geautomatiseerd kan worden door een scannerkop over grote modules te bewegen, zou het opgeschaald kunnen worden naar industriële lijnen. Het nadeel is de extra investering in laserapparatuur en het feit dat de methode alleen werkt waar siliciumcellen aanwezig zijn. Over het geheel genomen laat de studie zien dat slim gebruik van licht oude bifaciale zonnepanelen kan veranderen in een schonere bron van herbruikbaar silicium en glas, waardoor zonne-energie duurzaam blijft van installatie tot pensioen.

Bronvermelding: 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

Trefwoorden: recycling van zonnepanelen, bifaciale fotovoltaïsche systemen, laserbewerking, terugwinning van siliciumcellen, elektronisch afval