Технология инфракрасного лазера непрерывного излучения позволяет без повреждений снимать заднюю панель с отслуживших свой срок солнечных модулей

Аккумулятор FIAMM 12 FLB 450 P

Американские исследователи разработали метод удаления задних панелей из отслуживших свой срок кремниевых солнечных модулей с помощью ИК-лазера непрерывного действия, не повреждая стекло и пластины. Метод основан на контролируемом нагреве границы раздела кремний-полиэфир-алюминий-оксид через переднее стекло. Этот процесс позволяет аккуратно отделить подложку от стекла, сохранив работоспособность устройства, и является более энергоэффективной и менее затратной альтернативой традиционным термическим или химическим методам переработки.

Исследователи из Университета Вирджинии в США разработали лазерную технологию, которая позволяет снимать защитные листы с отслуживших свой срок солнечных модулей, не повреждая стекло или кремниевые пластины.

«Мы представляем новый подход к удалению подложки с помощью лазера. Он не требует использования химикатов, является экологически безопасным, экономичным и энергоэффективным, при этом позволяет сохранить закаленное стекло и кремниевые пластины, — рассказал автор исследования Мул К. Гупта. — Сохранение структурной и функциональной целостности оставшихся компонентов модуля крайне важно для последующего извлечения и переработки ценных материалов, таких как кремний, серебро и стекло, которые часто теряются или портятся при использовании традиционных методов переработки».

«Ключевой аспект нашей работы заключается в том, что лазер избирательно нагревает кремний после прохождения через стекло, размягчая этиленвинилацетатный (ЭВА) компаунд, что позволяет контролируемо отделить подложку без существенного повреждения нижележащих материалов, — добавил он. — В отличие от традиционных термических или химических методов, этот способ не требует использования агрессивных химикатов, снижает степень разрушения материала и позволяет извлекать большие неповрежденные участки подложки с меньшими затратами на обработку».

Новый подход основан на технологии инфракрасного лазера непрерывного излучения (IR-CW), который испускает инфракрасное излучение в виде непрерывного стабильного луча, а не в виде импульсов. Такая стабильная подача энергии обеспечивает контролируемый равномерный нагрев целевых слоев внутри модуля, что позволяет точно активировать границу раздела кремний-EVA, сводя к минимуму механическое и термическое воздействие на окружающие материалы.

Исследователи объяснили, что ИК-лазер непрерывного действия направляет инфракрасный свет через стеклянную поверхность солнечного модуля. Когда излучение достигает кремниевой пластины, оно поглощается и вызывает локальный нагрев, который размягчает этиленвинилацетатный компаунд. Такой контролируемый нагрев позволяет легко отделить заднюю панель, которую затем можно снять механическим способом, приложив минимум усилий.

Исследовательская группа изучала расслоение монокристаллических кремниевых фотоэлектрических модулей, состоящих из стекла, герметика на основе этиленвинилацетата, кремниевых пластин и полимерных подложек, с помощью ИК-лазера с непрерывной волной излучения. Волоконный лазер с длиной волны 1070 нм направлялся на стеклянную сторону модуля, где оптическая прозрачность стекла и герметика на основе этиленвинилацетата позволяла энергии достигать кремниевой пластины и вызывать локальный нагрев на границе раздела кремний-этиленвинилацетат. Этот процесс был изучен на модулях разных размеров и охарактеризован с помощью микроскопии и спектроскопии, а также теплового моделирования распределения тепла, вызванного лазером.

Анализ подтвердил, что кремниевый слой и слой металлизации остаются нетронутыми, а разделение EVA и подложки происходит без нарушения структурной целостности при соблюдении оптимальных условий. Электрические измерения также показали, что после лазерной обработки характеристики устройства существенно не ухудшаются. Термическое моделирование подтвердило эти выводы, продемонстрировав быстрый нагрев кремниевого слоя и контролируемые температурные градиенты по всей структуре модуля.

Предварительная технико-экономическая оценка также показала, что удаление подложки с помощью ИК-лазера непрерывного действия экономически выгодно благодаря низкому энергопотреблению и эффективности процесса. При использовании промышленных волоконных лазерных систем амортизация оборудования и затраты на электроэнергию составляют примерно 0,22 доллара на модуль в лабораторных условиях. Для сравнения: пиролиз требует использования высокотемпературной печи, при этом энергопотребление составляет 0,50–1,00 доллара на модуль, не считая дополнительных затрат на очистку газа, по данным исследователей.

«Делигнификация с использованием растворителей, хотя и менее энергозатратна, требует затрат на закупку и утилизацию химикатов, которые плохо масштабируются в зависимости от объема модуля, — добавили они. — Механическая резка и ручное отслаивание требуют незначительных капиталовложений, но это медленный и трудоемкий процесс, который может привести к повреждению пластин и снижению выхода годного».

Новая лазерная технология была представлена в статье «Лазерное удаление подложки кремниевых солнечных элементов с сохранением закаленного стекла и кремниевой пластины», опубликованной в журнале Solar Energy Materials and Solar Cells. «Это исследование открывает возможности для масштабируемой переработки фотоэлектрических элементов и поддерживает стратегии экономики замкнутого цикла для утилизации отслуживших свой срок солнечных модулей», — заключил Гупта.