In
Deutschland landen jährlich circa Zehntausend Tonnen Silizium in alten
Photovoltaik-Modulen auf dem Recyclingmarkt, ab 2029 werden es mehrere
hunderttausend Tonnen pro Jahr sein. Aktuell werden von Altmodulen nur
das Aluminium, Glas und Kupfer neu aufbereitet, nicht aber die
Silizium-Solarzellen.
Um auch dieses Material weiter nutzen zu können,
haben Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer-Center für
Silizium-Photovoltaik CSP in Halle (Saale) und des Fraunhofer-Instituts
für Solare Energiesysteme ISE gemeinsam mit dem größten deutschen
Recyclingunternehmen für PV-Module, der Reiling GmbH & Co. KG, eine
Lösung entwickelt: Das Silizium der Module wurde im industriellen
Maßstab wiederverwertet und zur Herstellung neuer PERC-Solarzellen
genutzt.
Die meisten PV-Anlagen wurden in Deutschland in der
ersten Ausbauwelle zwischen 2009 und 2011 installiert. »Auf diese wird
nach Ende der zwanzig Jahre dauernden Einspeisevergütung ab 2029
absehbar eine erste Entsorgungswelle folgen«, erklärt Prof. Dr. Andreas
Bett, Institutsleiter des Fraunhofer ISE. »Es müssen daher im Vorfeld
vernünftige Prozesse und Verfahren zur Rückgewinnung des Siliziums aus
ausgedienten Modulen aufgebaut werden«. Bereits 2021 betrug die
insgesamt installierte Menge an PV-Modulen in Deutschland ungefähr fünf
Millionen Tonnen, mit einem Siliziumanteil von 150.000 Tonnen. Silizium
ist als Halbleiter-Material Hauptbestandteil der Solarzellen.
Eine Arbeitsgruppe am Fraunhofer CSP hat mit der Reiling GmbH & Co.
KG deshalb, gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und
Klima BMWK (ehemals BMWi), ein Verfahren entwickelt, mit dem das
Silizium zurückgewonnen werden kann. Möglich ist damit das Recycling
sämtlicher kristalliner Silizium-PV-Module, unabhängig von Hersteller
und Herkunft. Dazu Prof. Dr. Peter Dold, Projektleiter am Fraunhofer
CSP: »Sonst wäre das für die Recyclingunternehmen ein viel zu großer
Aufwand. Es war uns wichtig, einen skalierbaren Prozess zu entwickeln,
der auch wirtschaftlich Sinn macht. Im Labor ist vieles möglich, aber
unser neues Verfahren sollte sich für die Recyclingindustrie in der
Praxis bewähren.«
Für das Verfahren werden aus
Nebenprodukten des bereits etablierten mechanischen
Aufbereitungsprozesses die Solarzellenbruchstücke abgetrennt und
gesammelt. Die Zellbruchstücke im Größenbereich von 0,1 bis 1 Millimeter
werden am Fraunhofer CSP im ersten Schritt durch verschiedene
Sortierverfahren von Glas und Kunststoff befreit. Danach erfolgt durch
nasschemisches Ätzen die schrittweise Entfernung des
Rückseitenkontaktes, der Silberkontakte, der Antireflexschicht und
letztendlich des Emitters. Das derart aufgereinigte Silizium wird in
Standardprozessen zu monokristallinen oder quasi-monokristallinen Ingots
verarbeitet und anschließend zu Wafern weiterprozessiert. Die Kristallisation erfolgt mit 100 Prozent Recycling-Silizium ohne
Zusatz von kommerziellem Reinstsilizium. Die Wafer wurden am Fraunhofer
ISE im PV-TEC zu PERC-Solarzellen verarbeitet, deren Zellwirkungsgrad im
ersten Versuch bei 19,7 Prozent lag. »Das liegt unter dem Wirkungsgrad
heutiger Premium PERC-Solarzellen mit circa 22,2 Prozent Wirkungsgrad,
aber mit Sicherheit über dem der Solarzellen in den alten,
ausgemusterten Modulen«, setzt Dold die ersten Ergebnisse in Kontext.
