Отделение кремниевых ячеек от отработавших бифасных стеклянных фотоэлектрических модулей с помощью непрерывных лазеров

Почему старые солнечные панели по‑прежнему важны

Солнечная энергетика распространяется по крышам и пустыням по всему миру, но эти блестящие панели не служат вечно. По мере того как первые поколения солнечных ферм достигают пенсионного возраста, миллионы тонн панелей в конце срока службы потребуется утилизировать безопасно. Если их зарывать или сжигать, из них могут выделяться токсичные вещества, а также теряться ценные металлы и высокочистый кремний. В этом исследовании рассматривается более чистый способ разборки нового типа панелей — бифасных стеклянных модулей — с помощью аккуратно настроенного лазерного излучения, чтобы ключевые компоненты можно было восстановить и повторно использовать вместо выброса.

Чем эти солнечные панели отличаются

Традиционные солнечные панели собирают свет с одной стороны и обычно имеют пластиковую подложку. Бифасные модули, напротив, выполнены из стекла с обеих сторон и могут улавливать свет спереди и сзади, что повышает выработку электроэнергии. Между стеклянными слоями расположены тонкие кремниевые ячейки, зафиксированные прозрачным пластиком EVA, а также тонкие антибликовые покрытия, которые повышают эффективность улавливания света. Дополнительное стекло и покрытия увеличивают производственные затраты, но снижают стоимость каждого киловатт‑часа за время службы панели. По мере быстрого роста доли бифасных конструкций на рынке стало важно найти безопасный и эффективный способ разбирать эти более сложные «бутерброды» в конце их срока службы.

Почему существующие маршруты переработки недостаточны

Сегодня переработчики в основном используют три подхода для разделения слоев внутри солнечных панелей. Тепловые методы нагревают панели до разложения EVA, что работает, но требует много энергии и может выделять вредные пары, требующие дополнительной очистки. Химические методы замачивают панели в органических растворителях, которые растворяют или разбухляют EVA; они медленные, требуют большого объёма дорогих химикатов и порождают загрязнённые жидкие отходы. Физические методы дробят панели, а затем разделяют фракции по размеру, заряду или плотности, что смешивает материалы и затрудняет получение чистых ценных продуктов, таких как целые кремниевые ячейки. Ни один из этих подходов не идеально подходит для двухстекольных бифасных модулей, которые сложнее аккуратно разъединить.

Использование лазерного света как точного инструмента

Исследователи разработали другой подход: пропускать мощный, но точно контролируемый непрерывный лазерный луч через стекло и EVA так, чтобы энергия в основном поглощалась кремниевыми ячейками. Поскольку при обработке к панели не подключены провода, поглощённый свет превращается в тепло прямо на поверхности ячейки. Путём настройки мощности лазера, частоты и режима «включено–выключено» команда повышала локальную температуру настолько, чтобы ослабить сцепление, не прожигая пластик и не создавая дыма. При оптимальных параметрах (мощность 1200 Вт, частота 2000 Гц, скважность 5 %) лазер разрушает тонкое антибликовое покрытие и слегка модифицирует очень тонкий слой EVA в контакте с ячейкой. Этот двойной эффект устраняет «точки захвата», где EVA прочно держится на кремнии, при этом основная масса пластика и стекла остаётся целой.

Что происходит внутри панели

Изображения в микроскопе и измерения химии поверхности показали, что на облучённой лазером стороне антибликовое покрытие из нитрида кремния постепенно разрушается и частично превращается в оксид кремния. По мере исчезновения покрытия сила, необходимая для отделения EVA от ячеек, стремится к нулю. В то же время тесты EVA показали, что затронут только крошечный межфазный слой: разрываются некоторые химические связи и выделяются мелкие молекулы, такие как уксусная кислота, что временно снижает липкость, но основная сеть полимера остаётся целой. На практике при раскрытии обработанной панели стекло и EVA на лазерной стороне отрываются чисто, практически не оставляя следов на кремниевых ячейках, которые в большинстве случаев остаются прикреплёнными к противоположному, необработанному слою EVA в виде целых частей, а не раздробленных фрагментов.

Более экологичная переработка с перспективой роста

Чтобы оценить более широкий эффект, авторы сравнили свой лазерный подход с ранее используемыми химическими и термомеханическими схемами переработки, используя оценку жизненного цикла. Для обработки одинаковой массы панельного материала в лабораторной установке лазерный метод позволил обойтись без растворителей и высокотемпературных печей, сократив использование ископаемого топлива и снизив выбросы, связанные с изменением климата, загрязнением воздуха и токсичностью. Поскольку процесс быстрый и может быть автоматизирован перемещением сканирующей головки над большими модулями, его можно масштабировать до промышленных линий. Компромиссом являются дополнительные инвестиции в лазерное оборудование и то, что метод работает только в областях, где присутствуют кремниевые ячейки. В целом исследование показывает, что разумное использование света может превратить старые бифасные солнечные панели в более чистый источник повторно используемого кремния и стекла, помогая солнечной энергетике оставаться устойчивой от установки до вывода из эксплуатации.

Цитирование: 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

Ключевые слова: переработка солнечных панелей, бифасная фотоэлектрика, лазерная обработка, восстановление кремниевых ячеек, электронные отходы