Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Wiederverwertung von Photovoltaikmodul-Rückläufern

Forschungsziel ist die Entwicklung eines effizienten und umweltfreundlichen Verfahrens zur vollständigen stofflichen und energetischen Verwertung der Komponenten ausrangierter PV-Module. Zur stofflichen Verwertung werden die Komponenten intakter Module getrennt und aufgearbeitet. Schwerpunkt ist hier das elektrochemisch unterstützte Ätzen der Wafer, so dass diese bei Erreichen des geforderten Wirkungsgrades wiederverwendet werden können. Anfallender Waferbruch soll energetisch verwertet werden um die hohen Energieinhalte des Siliziums zur Herstellung verschiedener Ferrolegierungen zu nutzen.

Der Lösungsweg umfasst folgende Arbeiten: Demontage der Module, Entwicklung eines Verfahrens zum Ablösen und Rückgewinnen des Glases, Entwicklung eines elektrochemisch unterstützten Ätzverfahrens zur Ablösung und Rückgewinnung der Metalle, Effizienzmessungen an den aufbereiteten Wafern, Untersuchungen zur silicothermischen Verwertung des Waferbruchs und Bewertung der Wirtschaftlichkeit der vorgeschlagenen Verfahrenswege.

Angestrebte Ergebnisse sind die Rückgewinnung und Wiederverwertung der zahlreichen wertvollen Rohstoffe in ausrangierten Photovoltaik-Modulen mit einem effizienten, kostengünstigen und umweltfreundlichen Verfahren. Zusätzlich soll die energetische Verwertung eine Wertschöpfung aus Abfällen, die bisher deponiert werden müssen, ermöglichen.

Nutzen für KMU, die Hersteller und Anbieter von Photovoltaikanlagen sind, ergibt sich durch die Verwertung der bisher gesammelten Altmodule. Die energetische Verwertung der defekten Wafer ermöglicht zusätzlich die Wertschöpfung aus Abfällen weiterer Industriezweige für die bisher hohe Kosten zur Entsorgung anfallen. Auch für KMU die Teilbereiche bei der Rückgewinnung und Verwertung der Rohstoffe aus Photovoltaik-Systemen abdecken, bieten sich so Möglichkeiten zur Erweiterung von Geschäftsfeldern. Zusätzlich lassen sich neue Recycling-Strategien auch auf weitere Bereiche der Primär- u. Sekundär-Rohstoff-Gewinnung übertragen.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Projekts wurden elektrochemisch Persäuren erzeugt und für die Laugung von Ag, Cu und Sn untersucht. Hierbei hat sich insbesondere Peroxodisulfat aus Schwefelsäure als für geeignet erwiesen.

Die Laugung wurde eingehend untersucht und kinetische Modelle entwickelt die für die Optimierung des Verfahrens genutzt werden können.

Die elektrochemische Wiedergewinnung der Metalle konnte ebenfalls erreicht werden. Weiterhin wurde die Trennung der Metalle durch potentiostatische Arbeitsweise gezeigt.

Geätzte Wafer werden von Ag und Cu und Sn befreit und können nach dem Aufbringen neuer Leiterbahnen und back surface field prinzipiell für PV-Zwecke wiederverwendet werden.

Das Zerlegen der Module, insbesondere das Entfernen der Polymerbeschichtung stellt nach wie vor eine Herausforderung dar. Versuche mit Lösungsmitteln waren nicht erfolgreich und haben lediglich zum Quellen der Beschichtung geführt. Ein pyrolytisches Verfahren erscheint am praktikabelsten, jedoch ist auch hier die Gewinnung intakter Wafer nicht ohne weiteres sicherzustellen.

Es konnte Ferrosilicium aus Waferbruch hergestellt werden. Dadurch konnten die Prozesstemperaturen auf 1600 °C reduziert werden.

Die Herstellung konnte sowohl mit Bayferox 110 als kommerziellem Material durchgeführt werden als auch mit dem Abfallprodukt Rotschlamm aus der Aluminiumindustrie.

Zusätzlich konnte durch die Verwendung von Rotschlamm durch das darin enthaltenen Titan Ferrosilicotitan erhalten werden, welches einen höheren Marktwert besitzt.

Es konnte gezeigt werden, dass die Verwendung von Wafern die mit dem elektrochemischen Verfahren behandelt wurden, die Bildung von Silbereinschlüssen in der Legierung verhindert.