Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Verfahren für die kreislaufwirtschaftliche Nutzung von Silizium mittels Gasphasensynthese

Sand als Rohstoff für Silizium ist nicht unbegrenzt verfügbar, daher muss Silizium sowohl aus Abfallprodukten der Solarwafer- und Halbleiter-Fertigung als auch aus End-of-Life PV-Modulen kreislaufwirtschaftlich wertschöpfend wieder eingesetzt werden. Industrie und Forschung stellen sich aktuell der Herausforderung der Materialrückgewinnung insbesondere aus PV-Modulen. Parallel dazu soll dieses Vorhaben bereits Wege aufzeigen, das Silizium-Abfallmaterial durch nachgeschaltete Prozessschritte für den Einsatz in verschiedenen Anwendungen wie Lithium-Ionen-Batterien, Dioden, Thermoelektrik oder Hochleistungskeramiken zu ertüchtigen.

Das Silizium-Ausgangsmaterial wird in verschiedenen Qualitäten vorliegen und muss im Hinblick auf die Weiterverarbeitung eingehend charakterisiert werden. Der verfahrenstechnische Lösungsweg sieht vor, es als Pulver in einen Gasphasenreaktor zur Nanomaterial-Synthese zu fördern und im Gasstrom zu veredeln. Das entstandene Material wird mittels Laser-Strahlschmelzen (LPBF) zu Demonstratoren verarbeitet, die elektrisch charakterisiert werden, um ihre Verwendbarkeit für die o.g. Anwendungen zu verifizieren.

Neben dem volkswirtschaftlichen Gesamtnutzen können insbesondere Unternehmen aus den Bereichen PV-Recycling, Anlagenbau, Materialaufbereitung sowie LPBF-Endanwender unmittelbar profitieren, indem sie ihr bestehendes Fertigungs- und Produktportfolio um entsprechende Technologien und Komponenten erweitern.

Typischerweise sind diese Segmente häufig durch KMU geprägt: Reaktoren zur Nanomaterialsynthese, wie sie in diesem Vorhaben zum Einsatz kommen, liegen im Aufgabenbereich von Anlagenbauern im KMU-Sektor, ebenso wie die Auslegung und Produktion eines Pulverförderers. LPBF-Prozesse ermöglichen die zeitnahe Bereitstellung von Funktionsmustern und die endkonturnahe Herstellung komplexer Bauteile (mit entsprechender Funktionsintegration), die mittels konventioneller Fertigungstechnologien nur schwer oder nicht hergestellt werden können.