Oddzielanie ogniw krzemowych od końca życia bifacjalnych modułów fotowoltaicznych ze szkła za pomocą ciągłych laserów

Dlaczego stare panele słoneczne nadal mają znaczenie

Energia słoneczna rozprzestrzenia się na dachach i w pustyniach na całym świecie, ale te błyszczące panele nie działają wiecznie. W miarę jak pierwsze generacje farm fotowoltaicznych osiągają wiek emerytalny, miliony ton paneli po zakończeniu żywotności będą musiały zostać odpowiednio zagospodarowane. Zakopane lub spalane mogą uwalniać toksyczne substancje i marnować cenne metale oraz krzem wysokiej czystości. W tym badaniu zbadano czystszy sposób rozbierania nowszego typu paneli, zwanego bifacjalnym modułem szklanym, przy użyciu starannie dostrojonego światła laserowego, tak aby kluczowe komponenty można było odzyskać i ponownie wykorzystać zamiast wyrzucać.

Co odróżnia te panele słoneczne

Tradycyjne panele słoneczne zbierają światło z jednej strony i zwykle mają plastikowe podłoże. Moduły bifacjalne natomiast mają szkło po obu stronach i mogą wykorzystywać światło z przodu i z tyłu, zwiększając produkcję energii elektrycznej. Pomiędzy warstwami szkła znajdują się cienkie ogniwa krzemowe utrzymywane w miejscu przez przezroczyste tworzywo EVA oraz delikatne powłoki antyrefleksyjne, które pomagają ogniwom efektywniej łapać światło. Ta dodatkowa warstwa szkła i powłoki zwiększa koszty produkcji, ale obniża koszt każdej kilowatogodziny w ciągu żywotności panelu. Wraz z szybkim wzrostem udziału bifacjalnych rozwiązań na rynku, znalezienie bezpiecznego i wydajnego sposobu demontażu tych bardziej złożonych układów na końcu ich życia stało się pilne.

Dlaczego obecne ścieżki recyklingu zawodzą

Obecnie recyklerzy opierają się głównie na trzech metodach rozdzielania warstw wewnątrz paneli. Metody termiczne podgrzewają panele, aż EVA ulegnie rozkładowi — działa to, ale zużywa dużo energii i może uwalniać szkodliwe opary, które wymagają dodatkowego oczyszczania. Metody chemiczne zanurzają panele w rozpuszczalnikach organicznych, które rozpuszczają lub pęcznieją EVA; są one powolne, wymagają dużych ilości kosztownych chemikaliów i generują skażone odpady ciekłe. Metody fizyczne miażdżą panele, a następnie oddzielają fragmenty według rozmiaru, ładunku lub gęstości, co miesza materiały i utrudnia odzyskanie czystych, wysokowartościowych produktów, takich jak nienaruszone ogniwa krzemowe. Żadne z tych podejść nie nadaje się idealnie do dwuszybowych modułów bifacjalnych, które są trudniejsze do rozdzielenia w sposób czysty.

Użycie światła laserowego jako narzędzia precyzyjnego

Naukowcy opracowali inną strategię: skierować mocny, ale starannie kontrolowany ciągły laser przez szkło i EVA tak, aby był on absorbowany głównie przez ogniwa krzemowe. Ponieważ podczas procesu panel nie ma podłączonych przewodów, pochłonięte światło zamienia się w ciepło bezpośrednio na powierzchni ogniwa. Poprzez dostosowanie mocy lasera, częstotliwości i czasu „włącz–wyłącz” zespół podniósł lokalną temperaturę na tyle, aby osłabić wiązania, nie spalając plastiku ani nie tworząc dymu. Przy zoptymalizowanych ustawieniach (moc 1200 W, częstotliwość 2000 Hz, współczynnik wypełnienia 5%) laser narusza cienką powłokę antyrefleksyjną i nieznacznie modyfikuje bardzo cienką warstwę EVA styczną z ogniwem. Ten podwójny efekt usuwa „punkty uchwytu”, gdzie EVA przylega do krzemu, pozostawiając jednocześnie większość plastiku i szkła nienaruszoną.

Co dzieje się wewnątrz panelu

Obrazy mikroskopowe i pomiary chemii powierzchni pokazały, że po stronie wystawionej na działanie lasera powłoka antyrefleksyjna wykonana z azotku krzemu jest stopniowo niszczona i częściowo przekształcana w tlenek krzemu. W miarę zanikania tej powłoki siła potrzebna do odklejenia EVA od ogniw maleje do zera. Jednocześnie testy EVA wykazały, że dotknięta jest tylko bardzo cienka warstwa przygraniczna: niektóre wiązania chemiczne ulegają zerwaniu i uwalniane są drobne cząsteczki, takie jak kwas octowy, co chwilowo obniża lepkość, ale główna sieć polimerowa pozostaje nienaruszona. W praktyce, gdy traktowany panel jest otwierany, szkło i EVA po stronie poddanej laserowi odrywają się czysto, pozostawiając praktycznie żadne pozostałości na ogniwach krzemowych, które w większości pozostają przyczepione do przeciwnej, nietkniętej warstwy EVA jako nienaruszone elementy zamiast rozkruszonych fragmentów.

Bardziej ekologiczny recykling z możliwością rozwoju

Aby zrozumieć szerszy wpływ, autorzy porównali swoje podejście laserowe z wcześniejszymi schematami recyklingu chemicznego i termiczno‑mechanicznego, używając oceny cyklu życia. Dla przetworzenia tej samej masy materiału panelowego w ustawieniu laboratoryjnym metoda laserowa uniknęła użycia rozpuszczalników i wysokotemperaturowych pieców, ograniczając zużycie paliw kopalnych i zmniejszając emisje związane ze zmianami klimatu, zanieczyszczeniem powietrza i toksycznością. Ponieważ proces jest szybki i może być zautomatyzowany przez przesuwanie głowicy skanującej nad dużymi modułami, można go skalować do linii przemysłowych. Kompromisem jest dodatkowa inwestycja w sprzęt laserowy oraz fakt, że metoda działa tylko tam, gdzie obecne są ogniwa krzemowe. Ogólnie rzecz biorąc, badanie pokazuje, że inteligentne użycie światła może zamienić stare bifacjalne panele słoneczne w czystsze źródło nadającego się do ponownego użycia krzemu i szkła, pomagając utrzymać zrównoważoność energii słonecznej od instalacji aż po wycofanie z eksploatacji.

Cytowanie: 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

Słowa kluczowe: recykling paneli słonecznych, bifacjalna fotowoltaika, obróbka laserowa, odzysk ogniw krzemowych, odpady elektroniczne