DE102007034441A1 - Technisches Verfahren zum Entfernen der Front- und Rückseitenkontakte von Solarzellen bei gleichzeitiger Gewinnung von Wertstoffen u. Minimierung von Abfällen - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zur Wiederaufarbeitung von Solarzellen beschrieben, das die schrittweise Ablösung der Rückkontaktschicht bzw. der Frontkontakte enthält. Weiterhin enthält das Verfahren die Gewinnung von basischer Polyaluminiumchloridlösung.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein großtechnisches Verfahren zum Recycling von Siliciumsolarzellen entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs I., und insbesondere sollen dabei durch Verringerung von Abfällen beziehungsweise die Gewinnung von Wertstoffen innerhalb des Recyclingprozesses die Gestehungskosten von photovoltaisch erzeugtem Strom weiter gesenkt werden.
- Die im folgenden vorgestellten Aussagen, Ergebnisse und Schlussfolgerungen gelten zunächst und in erster Linie für Solarzellen, die aus Silicium hergestellt werden. Im folgenden Text wird der Einfachheit halber eine Abgrenzung gegenüber anderen Solarzellentypen wie z. B. Farbstoffsolarzellen oder Solarzellen aus Verbindungshalbleitern nicht vorgenommen, sondern kurz von „Solarzellen" geschrieben.
- Stand der Technik:
- Solarzellen sind elektronische Bauelemente, mit deren Hilfe Lichtenergie in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Der durch diese Lichtabsorption generierte Nettostromfluss kann über metallische Kontakte einem Verbraucher zur Verfügung gestellt werden. Der Emitterkontakt ist meist aus feingliedrigen metallischen Strukturen aufgebaut, um Schattenverluste zu minimieren. Durch die Minimierung dieser Abschattung wird eine maximal große Siliciumfläche ausgenutzt. Bei der Herstellung strebt man daher sehr schmale und hohe Kontaktfinger an, die zum Rand der Solarzelle unter Umständen spitz zulaufen. Im Idealfall wird der Emitterkontakt auf die Rückseite der Zelle verlegt. Die Emitterkontakte werden durch Siebdruck mittels einer Silberpaste aufgetragen, während die Rückfläche des Siliciumsubstrates mit einer Aluminiumpaste bedruckt wird.1 Gegenwärtig ist die industriell am weitesten verbreitete Möglichkeit zur rückseitigen Kontaktierung von Solarzellen die eines ganzflächigen, homogenen Aluminiumkontakts. Etabliert hat sich diese Art der Kontaktierung, da sie eben im Siebdruckverfahren sehr einfach zu implementieren ist und bei Wahl geeigneter Prozessparameter und Verwendung von p-typ Silizium gleichzeitig die Herstellung eines Aluminium – ,back surface field' (Al-BSF) ermöglicht wird. Als Alternative zum Siebdruckverfahren kann zum Aufbringen des Aluminiums auch das Aufdampfen von wenigen Mikrometer dünnen Aluminiumschichten eingesetzt werden.
- Zur Verbesserung der Einkopplung der Lichtstrahlen wird zusätzlich eine Antireflexschicht auf der dem Licht zugewandten Seite aufgebracht.
- Aufgrund der immer größeren Nachfrage und des damit verbundenen Verbrauches des Rohstoffes Silicium gibt es Bestrebungen, defekte und überalterte Solarzellen aufzuarbeiten und dem Markt wieder zur Verfügung zu stellen. Für diese Zwecke wurden aufwendige Anlagen gebaut und man entfernt die oben beschriebenen Materialien wieder vom Siliciumsubstrat. Für die Ablösung der aluminiumhaltigen Rückseite wird Natronlauge verwendet. Das verbrauchte Bad beinhaltet später unter anderem angelöste organische Bestandteile aus der Druckpaste, neben komplexiertem Aluminium und unlösliche Rückstände. Sinkt zudem der Gehalt der freien Natronlauge steigt die Gefahr entsprechend, dass sich Aluminiumhydroxidschlämme bilden, die das reale Schlammaufkommen erhöhen. Das verbrauchte Bad wird entsorgt, ebenso der Schlamm. Diese Entsorgungskosten stellen einen erheblichen Kostenfaktor dar.
- Darstellung der Erfindung:
- Aufgabe der Erfindung ist es anzugeben, wie das oben beschriebene Verfahren zum Recycling von Solarzellen wirtschaftlicher betrieben werden kann. Erfindungsgemäß lässt sich das dadurch erreichen, dass die Solarzellen, speziell die aluminiumhaltigen Schichten (Bild 1, A), so mit Metallsalzlösungen, vorzugsweise Aluminiumchlorid-Lösung, behandelt werden, dass als Produkte des Verfahrens mit Aluminium angereicherte Salzlösungen, vorzugsweise basische Polyaluminiumchloridlösung, und aluminiumkontaktfreie Solarzellen (Bild 1, B) erhalten werden.
- Durch die Erfindung werden gleich mehrere Vorteile erzielt: Die beim Stand der Technik anfallenden Entsorgungs- und Aufarbeitungskosten werden minimiert und es können stattdessen für das hergestellte Produkt, vorzugsweise für basisches Polyaluminiumchlorid Verkaufserlöse erzielt werden.
- Bei der erfindungsgemäßen Prozessführung wird außerdem eine Verbesserung der Schlammbildung, eine verbesserte Viskosität und damit bessere Stofftrennung gegenüber dem oben erläuterten Stand der Technik beobachtet.
- Das Arbeiten mit Metallsalzlösungen, vorzugsweise Aluminiumchloridlösung stellt im Vergleich zu Bädern mit Laugen oder Säuren bezüglich der Arbeitssicherheit und des Gefährdungspotentials ebenfalls eine Verbesserung dar.
- Eine anschließender Badwechsel kann für die separate Entfernung der Silberkontakte mittels Salpetersäure genutzt werden, wobei im Ergebnis nun kontaktfreie Solarzellen (Bild 1, C) vorliegen und eine salpetersaure Silbernitratlösung erhalten wird, die zur Silberrückgewinnung oder anders verwendet werden kann.
- Die so vorgereinigten Solarzellen stehen dann für die üblichen weiteren Reinigungsschritte zur Verfügung.
- Ausführungsbeispiel
- Die aluminiumhaltige Rückseite einer 12,41 g schweren Solarzelle wird mit 100 ml einer Aluminiumchloridlösung (Al-Gehalt 5,89%, Basizität 2,4%) überschichtet. Nach vollständigem Ablösen des Rückseitenkontaktes wird die Lösung filtriert und man erhält eine klare, farblose, basische Polyaluminiumchloridlösung mit einem Aluminiumgehalt von 7,5% und einer Basizität von 24,7%. Der Gewichtsverlust der Solarzelle betrug 1,54 g. Anschließend wurde diese Solarzelle mit 10 ml Salpetersäure behandelt. Nach Auflösen der Kontakte wurde die Lösung von den unlöslichen Schwebstoffen befreit und der Gehalt an Silber bestimmt: 25,3 g/l.
Claims (5)
- Verfahren zum Entfernen der Front- und Rückseitenkontakte von Solarzellen bei gleichzeitiger Gewinnung von Wertstoffen dadurch gekennzeichnet, dass man die aufzuarbeitenden Solarzellen mit einer wässrigen, sauren Metallsalzlösung, vorzugsweise Aluminiumchloridlösung behandelt.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das verbrauchte Bad filtriert wird und die erhaltene klare Lösung, vorzugsweise basische Aluminiumchloridlösung einer weiteren Verwendung zur Verfügung steht.
- Verfahren nach Anspruch von 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aluminiumchloridlösung – vorzugsweise mit bis zu 6% Aluminium und einer Basizität unter 5% – verwendet wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktion bei Zimmertemperatur abläuft, aber die Reaktionszeit optional durch Erhöhung der Badtemperatur entsprechend verkürzt werden kann.
- Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzellen nach dem Ablösen des aluminiumhaltigen Kontaktes noch die Silberkontakte tragen und diese separat durch ein Salpetersäurebad entfernt werden können, woraus nach Filtration eine klare, salpetersaure Silbernitratlösung erhalten werden kann.
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