Separar células de silício de módulos fotovoltaicos bifaciais de vidro em fim de vida usando lasers contínuos

Por que painéis solares antigos ainda importam

A energia solar está se espalhando por telhados e desertos ao redor do mundo, mas esses painéis brilhantes não duram para sempre. À medida que as primeiras gerações de usinas solares chegam à idade de retirada, milhões de toneladas de painéis em fim de vida precisarão ser tratadas com segurança. Enterrados ou queimados, eles podem vazar substâncias tóxicas e desperdiçar metais valiosos e silício de alta pureza. Este estudo explora uma forma mais limpa de desmontar um tipo mais recente de painel, chamado módulo bifacial de vidro, usando luz laser cuidadosamente ajustada para que os componentes-chave possam ser recuperados e reaproveitados em vez de descartados.

O que torna esses painéis solares diferentes

Painéis solares tradicionais coletam luz de um lado e geralmente têm um revestimento plástico. Módulos bifaciais, em contraste, são feitos de vidro em ambos os lados e podem captar luz pela frente e por trás, aumentando a geração de eletricidade. Entre as camadas de vidro estão finas células de silício mantidas no lugar por um plástico transparente chamado EVA, além de delicados revestimentos antirreflexo que ajudam as células a captar a luz com mais eficiência. Esse vidro e esses revestimentos extras elevam os custos de fabricação, mas reduzem o custo por quilowatt-hora ao longo da vida do painel. À medida que os projetos bifaciais ganham rapidamente participação de mercado, tornou-se urgente encontrar uma maneira segura e eficiente de desmontar essas pilhas mais complexas ao final de sua vida útil.

Por que as rotas de reciclagem atuais ficam aquém

Hoje, os recicladores dependem principalmente de três rotas para separar as camadas dentro dos painéis solares. Métodos térmicos aquecem os painéis até que o EVA se decomponha, o que funciona, mas consome muita energia e pode liberar fumos nocivos que exigem tratamento adicional. Métodos químicos imergem os painéis em solventes orgânicos que dissolvem ou incham o EVA; são lentos, dependem de grandes volumes de produtos químicos caros e produzem resíduos líquidos contaminados. Métodos físicos trituram os painéis e depois separam as peças por tamanho, carga ou densidade, o que mistura materiais e dificulta a recuperação de produtos puros e de alto valor, como células de silício intactas. Nenhuma dessas abordagens é ideal para módulos bifaciais de vidro duplo, que são mais difíceis de desmontar de forma limpa.

Usando luz laser como ferramenta de precisão

Os pesquisadores desenvolveram uma estratégia diferente: incidir um laser contínuo potente, porém cuidadosamente controlado, através do vidro e do EVA, de modo que seja absorvido principalmente pelas células de silício. Como o painel não tem fios conectados durante o processamento, a luz absorvida se transforma em calor exatamente na superfície da célula. Ajustando a potência do laser, a frequência e o tempo de acionamento, a equipe elevou a temperatura local o suficiente para enfraquecer as ligações sem queimar o plástico ou gerar fumaça. Sob configurações otimizadas (potência de 1200 W, frequência de 2000 Hz, ciclo de trabalho de 5%), o laser rompe o fino revestimento antirreflexo e altera levemente uma camada muito fina de EVA em contato com a célula. Esse efeito duplo remove os “pontos de aderência” onde o EVA se prende ao silício, enquanto deixa a maior parte do plástico e do vidro intactos.

O que acontece dentro do painel

Imagens ao microscópio e medições de química de superfície mostraram que, no lado exposto ao laser, o revestimento antirreflexo feito de nitreto de silício é progressivamente destruído e em parte convertido em óxido de silício. À medida que esse revestimento desaparece, a força necessária para destacar o EVA das células cai quase a zero. Ao mesmo tempo, testes no EVA revelaram que apenas uma camada interfacial minúscula é afetada: algumas ligações químicas se rompem e pequenas moléculas, como ácido acético, são liberadas, reduzindo brevemente a aderência, mas a rede principal do polímero permanece íntegra. Em termos práticos, quando o painel tratado é aberto, o vidro e o EVA do lado laser se destacam de forma limpa, deixando virtualmente nenhum resíduo nas células de silício, que em sua maioria permanecem aderidas à camada oposta de EVA não tratada como peças intactas em vez de fragmentos estilhaçados.

Reciclagem mais verde com espaço para crescer

Para entender o impacto mais amplo, os autores compararam sua abordagem a laser com esquemas químicos e termomecânicos anteriores usando uma avaliação do ciclo de vida. Para processar a mesma massa de material de painel em uma configuração em escala de laboratório, o método a laser evitou o uso de solventes e fornos de alta temperatura, cortando o uso de combustíveis fósseis e reduzindo as emissões associadas a mudanças climáticas, poluição do ar e toxicidade. Como o processo é rápido e pode ser automatizado movendo uma cabeça de varredura sobre grandes módulos, ele pode ser escalado para linhas industriais. O trade-off é investimento extra em equipamentos a laser e o fato de que o método só funciona onde existem células de silício. No geral, o estudo mostra que o uso inteligente da luz pode transformar painéis solares bifaciais antigos em uma fonte mais limpa de silício e vidro reutilizáveis, ajudando a manter a energia solar sustentável desde a instalação até a aposentadoria.

Citação: 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

Palavras-chave: reciclagem de painéis solares, fotovoltaicos bifaciais, processamento a laser, recuperação de células de silício, lixo eletrônico