WO2024068828A1 - Procede de separation mecanique de differents materiaux semi-conducteurs, isolants ou metalliques d'un composant ou module, par exemple photovoltaique, pour le recyclage de ce dernier - Google Patents

Procede de separation mecanique de differents materiaux semi-conducteurs, isolants ou metalliques d'un composant ou module, par exemple photovoltaique, pour le recyclage de ce dernier Download PDF

Info

Publication number
WO2024068828A1
WO2024068828A1 PCT/EP2023/076868 EP2023076868W WO2024068828A1 WO 2024068828 A1 WO2024068828 A1 WO 2024068828A1 EP 2023076868 W EP2023076868 W EP 2023076868W WO 2024068828 A1 WO2024068828 A1 WO 2024068828A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
elements
trough
zone
mechanical
silicon
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/076868
Other languages
English (en)
Inventor
Guy Chichignoud
Joris MOENNE
Original Assignee
Rosi
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rosi filed Critical Rosi
Publication of WO2024068828A1 publication Critical patent/WO2024068828A1/fr

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B07—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
    • B07B—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS BY SIEVING, SCREENING, SIFTING OR BY USING GAS CURRENTS; SEPARATING BY OTHER DRY METHODS APPLICABLE TO BULK MATERIAL, e.g. LOOSE ARTICLES FIT TO BE HANDLED LIKE BULK MATERIAL
    • B07B13/00—Grading or sorting solid materials by dry methods, not otherwise provided for; Sorting articles otherwise than by indirectly controlled devices
    • B07B13/10—Grading or sorting solid materials by dry methods, not otherwise provided for; Sorting articles otherwise than by indirectly controlled devices using momentum effects
    • B07B13/11—Grading or sorting solid materials by dry methods, not otherwise provided for; Sorting articles otherwise than by indirectly controlled devices using momentum effects involving travel of particles over surfaces which separate by centrifugal force or by relative friction between particles and such surfaces, e.g. helical sorters
    • B07B13/113—Grading or sorting solid materials by dry methods, not otherwise provided for; Sorting articles otherwise than by indirectly controlled devices using momentum effects involving travel of particles over surfaces which separate by centrifugal force or by relative friction between particles and such surfaces, e.g. helical sorters shaking tables
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B07—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
    • B07B—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS BY SIEVING, SCREENING, SIFTING OR BY USING GAS CURRENTS; SEPARATING BY OTHER DRY METHODS APPLICABLE TO BULK MATERIAL, e.g. LOOSE ARTICLES FIT TO BE HANDLED LIKE BULK MATERIAL
    • B07B1/00—Sieving, screening, sifting, or sorting solid materials using networks, gratings, grids, or the like
    • B07B1/28—Moving screens not otherwise provided for, e.g. swinging, reciprocating, rocking, tilting or wobbling screens
    • B07B1/282—Moving screens not otherwise provided for, e.g. swinging, reciprocating, rocking, tilting or wobbling screens their jigging movement being a closed or open curvilinear path in a plane perpendicular to the plane of the screen and parrallel or transverse to the direction of conveyance
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B07—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
    • B07B—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS BY SIEVING, SCREENING, SIFTING OR BY USING GAS CURRENTS; SEPARATING BY OTHER DRY METHODS APPLICABLE TO BULK MATERIAL, e.g. LOOSE ARTICLES FIT TO BE HANDLED LIKE BULK MATERIAL
    • B07B13/00—Grading or sorting solid materials by dry methods, not otherwise provided for; Sorting articles otherwise than by indirectly controlled devices
    • B07B13/003—Separation of articles by differences in their geometrical form or by difference in their physical properties, e.g. elasticity, compressibility, hardness
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/048—Encapsulation of modules
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof

Definitions

  • the present invention relates to the field of recycling of components or modules formed from different materials, in particular semiconductors, insulators and/or metals, materials which must be separated to effectively recover them in whole or in part; this is particularly the case for photovoltaic modules and cells.
  • the invention therefore relates to a process for the mechanical separation of different elements included in a photovoltaic module at the end of its life, an objective being to recover the silicon from the photovoltaic cells, separated from other elements such as glass, metals (for example, copper, silver%), etc.
  • a classic photovoltaic module is made up of different materials: aluminum (chassis), glass, plastic (encapsulant and polymer membrane), silicon (photovoltaic cells), which together account for approximately 99% of the total weight. There are also small quantities of copper, silver, lead, tin and zinc for soldering and connectors.
  • Photovoltaic grade silicon has a very high purity ranging from 6N (or 99.99999%) up to 11N by weight. It is important, in the context of recycling and revalorization of silicon cells from a photovoltaic module, to maintain this purity as much as possible. This high purity recommendation therefore requires particularly high sorting efficiency.
  • a photovoltaic module When a photovoltaic module must be recycled, it is usually broken into pieces, for example by implementing thermal treatments (pyrolysis) or mechanical treatments (notably water jet).
  • the present invention relates to a process for separating different materials (in particular semiconductors and metals) forming components or modules, so as to effectively recycle and recover all or part of said materials.
  • the method uses a trough having an inclination between 10° and 30° relative to the horizontal: elements composed of different materials are arranged in the trough and, subjected to mechanical vibration, undergo spatial separation in a zone upstream (on the high side) or downstream (on the low side) of the trough, depending on the physical characteristics of said elements.
  • the invention relates in particular to the recycling of photovoltaic cells and is applicable with excellent efficiency to the separation of silver and silicon.
  • the present invention relates to a method for mechanical separation of different semiconductor, insulating or metallic materials from an electronic component or module at the end of its life, comprising the following steps:
  • the invention relates to a method for mechanical separation of different semiconductor, insulating or metallic materials from an electronic component or module at the end of its life.
  • the electronic component or module can for example be one (or more) photovoltaic cell(s) 110, for example from a photovoltaic module 100.
  • the materials considered are therefore in particular silicon and money; they compose different elements 101,103, in the form of pieces or fragments, which constitute objects to be separated and sorted.
  • the trough 1 has the shape of a solid plate, at least in a central zone 12, extending along a longitudinal axis A, and comprising lateral edges 11 ( ).
  • the trough 1 is typically formed from a material chosen from steel, ceramic, quartz or silicon; the hardness of the material of trough 1 must approach or exceed the hardness of the materials of the elements 101,103 to be sorted, so that the latter do not excessively damage it.
  • the top is flat and smooth.
  • trough 1 can have a length, along the longitudinal axis A, of approximately 1m and a width of around 50cm.
  • the height of the side edges 11 is typically chosen from around 1cm to a few cm.
  • a distribution device 5 can be arranged above the central zone 12 of the trough 1, so as to gradually introduce the elements 101,103 onto the plate of the trough 1.
  • the spatial separation takes place due to the movement of certain elements 103 towards the higher part (called the upstream zone 13) of the trough 1 while other elements 101 move towards the lower part (called the downstream zone 14) .
  • Such a separation is made possible due to the different geometry (plane shape, powder form, etc.) of the elements 101,103 present on the trough 1, in combination with the inclination and the vibratory movement of the trough 1 .
  • the angle of inclination ⁇ of the trough 1 is between 10° and 30°.
  • the angle of inclination ⁇ corresponds to the angle formed between a horizontal plane and a main plane defined by the plate of trough 1.
  • the mechanical vibration is advantageously applied to the trough 1 via a vibrating system 2, integral with the trough 1.
  • the mechanical vibration typically has a frequency between 40 and 60 Hz, for example 50 Hz. It can be associated with a rectilinear movement along an axis parallel or normal to the main plane, or forming any angle with said main plane.
  • Mechanical vibration can also be associated with an elliptical movement, which can take place in the main plane, in the horizontal plane or in any other plane.
  • the amplitude of these different possible movements is preferably between 0.1mm and 20mm, advantageously between 0.1mm and 1mm, typically around 0.5mm, or even around 0.3mm.
  • the amplitude of the vibrations makes it possible to regulate the jitter of the elements 101,103, so that they are subjected to an acceleration adapted to the need. With too low an amplitude, the two types of elements 101,103 would go downwards; conversely, too great an amplitude would cause all the elements to move upwards or be ejected from trough 1.
  • the vibratory movement is rectilinear, along an axis forming an angle of between 10° and 30° (advantageously between 20° and 25°) with the main plane (plane of the tray of the trough 1), it being understood that the main plane forms an angle of inclination ⁇ of between 10° and 30° with the horizontal plane and that the axis of the vibratory movement and the longitudinal axis A belong to the same plane normal to the main plane.
  • the method comprises a step d) of recovering the two types of elements 101,103, when they pass respectively beyond an upstream end 13a or a downstream end 14a of the trough 1.
  • containers 3 , 4 can be arranged below each of the ends 13a, 14a.
  • one or more orifices are arranged in the plate of the trough 1 in the upstream zone 13 and/or in the downstream zone 14, to allow one and the other to pass respectively.
  • the method of mechanical separation of different semiconductor, insulating or metallic materials from an electronic component or module at the end of its life comprises a step a) of supplying a mixture of first elements 101 and second elements 103, in the form of pieces, each piece having three dimensions (length L, width l, thickness e) in an orthonormal frame of reference ( ).
  • Each first element 101 has at least one millimetric dimension, typically greater than or equal to 1mm, or even 2mm. According to an advantageous variant, each first element 101 has a generally flat shape: its lateral dimensions (length L, width l) are therefore greater than its thickness e. The first elements 101 are thus characterized by at least one millimeter dimension and advantageously, a form factor (called first form factor) greater than 6, or even greater than 10, 20, 50, or even more.
  • first form factor a form factor greater than 6, or even greater than 10, 20, 50, or even more.
  • Each second element 103 has dimensions less than 500 ⁇ m and at least one dimension less than 50 ⁇ m.
  • the second elements 103 are in powder form, in other words, in the form of very fine particles.
  • These elements 103 in addition to their very small dimensions, can be in a substantially cylindrical form, the section of the cylinder can then be defined by a width l and a thickness e, or by a diameter ⁇ if it is circular.
  • Step b) includes the arrangement of the first elements 101 and the second elements 103 in a central zone 12 of the trough 1.
  • the central zone 12 of the trough 1 is not limited to the center of the plate, but is considered extended towards each of the upstream 13a and downstream 14a ends. The introduction of elements 101,103 onto the plate can therefore take place more or less near/far from said upstream 13 and downstream 14 zones, while remaining in the central zone 12.
  • step c) the spatial separation of the first elements 101 and the second elements 103 occurs, by application of a mechanical vibration (as previously described) to the trough 1, which is inclined with an angle of inclination ⁇ between 10° and 30° (+/-0.5°).
  • the first elements 101 are then routed to the downstream zone 14 (lowest part) of the trough 1, while the second elements 103 are routed to the upstream zone 13 (highest part) ( ).
  • the angle of inclination ⁇ of the trough 1 is between 15° and 25° (+/-0.5°), for example around 20°. Even advantageously, the angle of inclination ⁇ of the trough 1 is between 20° and 25° (+/-0.5°), or even between 21° and 25°, i.e. typically 23° (+/ -0.5°). These preferential ranges of inclination angle ⁇ clearly improve the separation efficiency of the first 101 and the second 103 elements.
  • the spatial separation of the first 101 and the second 103 elements is favored by the fact that, in this range of inclination of the trough 1, the balance of forces (friction, gravity, reaction of the trough on the elements) is such that it causes the sliding of the first elements 101 (for example planes) towards the lower part of the trough 1 (downstream zone 14), due to reaching a breaking point of the balance due to friction.
  • the second elements 103 similar to dust, are very highly volatile and subject to air currents created by the vibratory movements of the trough 1; these air currents allow the second elements 103 to move up along the plate. When they are not lifted by air currents, the second elements 103 are retained by the micro-asperities of the trough 1.
  • the electronic component or module is for example a photovoltaic cell 110, namely a stack comprising in particular a silicon substrate, layers and metal lines.
  • This cell 110 can come from a photovoltaic module 100 ( ) at the end of its life, dislocated by pyrolysis or by mechanical techniques (water jet, etc.).
  • the photovoltaic cell 110 can also come from production scraps.
  • Step a) can then include the division of the photovoltaic cell 110 by mechanical treatment (exfoliation) and/or chemical, so as to detach the metal lines: the first material composing the first elements 101 is then silicon (totally or mainly ), the second material making up the second elements 103 is the silver of the metal lines.
  • the first elements 101 can have a length L and a width l of between 1mm and 20mm and a thickness e of the order of 150 ⁇ m.
  • the second elements 103 may have a length L less than 500 ⁇ m and a width l and a thickness e (or a diameter ⁇ ) less than 50 ⁇ m. These are in particular the size ranges of the first silicon elements 101 and the second silver elements 103 (metal wires) recovered from a photovoltaic cell 110.
  • the process according to the invention thus allows a mechanical separation between pieces of silicon and pieces of silver, initially mixed. It presents the advantage of high segregation efficiency in this specific case of first and second elements having respectively millimetric and micrometric sizes and respectively planar and powdery shapes.
  • the mechanical separation process can be applied to the recycling of any kind of electronic component at the end of its life, and to elements composed of materials other than silicon and silver, as long as the respective shapes of the elements, in combination with the conditions of inclination and vibration of the trough, comply with the prerequisites set out in this description.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

L'invention concerne un procédé de séparation mécanique de différents matériaux d'un module électronique en fin de vie, comprenant : a) la fourniture d'un mélange de premiers (101) et de deuxièmes (103) éléments, sous forme de morceaux, chaque morceau présentant trois dimensions dans un référentiel orthonormé, les premiers éléments (101) présentant au moins une dimension d'ordre millimétrique et les deuxièmes éléments (103) présentant des dimensions inférieures à 500μm et au moins une dimension inférieure à 50μm, b) la disposition des premiers et des deuxièmes éléments dans une auge (1); c) la séparation spatiale des premiers (101) et des deuxièmes (102) éléments, respectivement vers une extrémité aval (14a) et une extrémité amont (13a), par application d'une vibration mécanique à l'auge (1), inclinée d'un angle (α) compris entre 10° et 30°.

Description

PROCEDE DE SEPARATION MECANIQUE DE DIFFERENTS MATERIAUX SEMI-CONDUCTEURS, ISOLANTS OU METALLIQUES D’UN COMPOSANT OU MODULE, PAR EXEMPLE PHOTOVOLTAIQUE, POUR LE RECYCLAGE DE CE DERNIER DOMAINE DE L’INVENTION
La présente invention concerne le domaine du recyclage de composants ou modules formés de différents matériaux notamment semi-conducteurs, isolants et/ou métalliques, matériaux qu’il est requis de séparer pour les valoriser efficacement en tout ou partie ; c’est notamment le cas des modules et des cellules photovoltaïques. En particulier, l’invention concerne donc un procédé de séparation mécanique de différents éléments inclus dans un module photovoltaïque en fin de vie, un objectif étant de récupérer le silicium des cellules photovoltaïques, séparé des autres éléments tels que le verre, les métaux (par exemple, cuivre, argent...), etc.
ARRIÈRE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION
Le déploiement de modules photovoltaïques est en forte croissance depuis quelques dizaines d’années et plus récemment en hausse exponentielle. Il s’avère donc capital de développer des procédés de recyclage pour les modules en fin de vie ou défectueux, car ils sont constitués de matériaux précieux et valorisables, parmi lesquels le silicium, l’argent, etc.
Comme cela est illustré sur la , un module photovoltaïque classique se compose de différents matériaux : aluminium (châssis), verre, matière plastique (encapsulant et membrane en polymère), silicium (cellules photovoltaïques), qui comptent ensemble pour environ 99% du poids total. On y trouve également en faibles quantités du cuivre, de l’argent, du plomb, de l’étain et du zinc pour les soudures et la connectique.
Le silicium de qualité photovoltaïque possède une pureté très élevée allant de 6N (soit 99,99999%) jusqu’à 11N en poids. Il est important, dans le cadre du recyclage et de la revalorisation de cellules de silicium issues d’un module photovoltaïque, de conserver au maximum cette pureté. Cette haute préconisation de pureté impose ainsi d’avoir une efficacité de tri particulièrement élevée.
Lorsqu’un module photovoltaïque doit être recyclé, il est habituellement disloqué en morceaux, par exemple en mettant en œuvre des traitements thermiques (pyrolyse) ou des traitements mécaniques (jet d’eau notamment).
Des procédés existent pour séparer ces morceaux selon la nature de leur matériau ; ils sont basés sur une séparation optique, une séparation électrostatique, une séparation par courants de Foucault ou encore une séparation mécanique.
A l’échelle de la cellule photovoltaïque, il est notamment requis de séparer le silicium et les lignes d’argent qui forment les contacts électriques. Il existe des traitements chimiques et/ou mécaniques permettant de détacher ces lignes d’argent des morceaux de silicium. On pourra notamment faire référence au document FR3096833 qui propose un procédé de recyclage autorisant la division physique entre le silicium et les lignes d’argent d’une cellule photovoltaïque.
Obtenant un mélange de morceaux de silicium et de morceaux d’’argent, il n’est pas toujours aisé de trier et ségréger efficacement les morceaux de matériaux de différentes natures.
Dans le domaine du recyclage, notamment des cellules photovoltaïques, il y a donc un fort avantage à simplifier et fiabiliser les procédés de séparation pour recycler la plus grande partie possible des matériaux formant les cellules, ces matériaux pouvant être polluants les uns pour les autres s’ils sont réinjectés mélangés dans une chaine de valorisation.
OBJET DE L’INVENTION
La présente invention concerne un procédé de séparation de différents matériaux (notamment semi-conducteurs et métalliques) formant des composants ou modules, de manière à recycler et valoriser efficacement tout ou partie desdits matériaux. Le procédé met en œuvre une auge présentant une inclinaison entre 10° et 30° par rapport à l’horizontale : des éléments composés des différents matériaux sont disposés dans l’auge et, soumis à une vibration mécanique, subissent une séparation spatiale dans une zone amont (du côté haut) ou aval (du côté bas) de l’auge, selon les caractéristiques physiques desdits éléments.
L’invention concerne en particulier le recyclage de cellules photovoltaïques et s’applique avec une excellente efficacité à la séparation de l’argent et du silicium.
BREVE DESCRIPTION DE L’INVENTION
La présente invention concerne un procédé de séparation mécanique de différents matériaux semi-conducteurs, isolants ou métalliques d’un composant ou module électronique en fin de vie, comprenant les étapes suivantes :
a) la fourniture d’un mélange de premiers éléments et de deuxièmes éléments, sous forme de morceaux, chaque morceau présentant trois dimensions dans un référentiel orthonormé, les premiers éléments présentant au moins une dimension d’ordre millimétrique et les deuxièmes éléments présentant des dimensions inférieures à 500μm et au moins une dimension inférieure à 50μm,
b) la disposition des premiers éléments et des deuxièmes éléments dans une zone centrale d’une auge, ladite auge présentant une forme de plateau, plein dans la zone centrale, s’étendant dans un plan principal, et comportant des rebords latéraux ;
c) la séparation spatiale des premiers éléments et des deuxièmes éléments, par application d’une vibration mécanique à l’auge, ladite auge étant inclinée de sorte que le plan principal forme un angle d’inclinaison compris entre 10° et 30° avec un plan sensiblement horizontal et de manière à définir une zone amont et une zone aval par rapport à la zone centrale de l’auge, les deuxièmes éléments et les premiers éléments, soumis à la vibration mécanique, étant acheminés respectivement vers la zone amont et vers la zone aval de l’auge.
Selon des caractéristiques avantageuses de l’invention, prises seules ou selon toute combinaison réalisable :
  • l’angle d’inclinaison est compris entre 10° et 25°, préférentiellement compris entre 20° et 25°, encore préférentiellement compris entre 20° et 25°, voire compris entre 21° et 25°, typiquement de 23° ;
  • le composant ou module électronique est une cellule photovoltaïque, à savoir un empilement comprenant une couche de silicium, des couches et des lignes métalliques ;
  • l’étape a) comprend la division de la cellule photovoltaïque par traitement mécanique ou chimique, de manière à détacher les lignes métalliques, le premier matériau composant les premiers éléments étant le silicium, le deuxième matériau composant les deuxièmes éléments étant l’argent des lignes métalliques ;
  • les premiers éléments présentent une longueur et une largeur comprises entre 1mm et 20mm et une épaisseur de l’ordre de 150μm ;
  • les deuxièmes éléments présentent une longueur inférieure à 500μm, et une largeur et une épaisseur inférieures à 50μm ;
  • le procédé de séparation mécanique comprend une étape d) de récupération des éléments, lorsqu’ils passent au-delà d’une extrémité amont ou d’une extrémité aval de l’auge ;
  • le procédé de séparation mécanique comprend une étape d) de récupération des éléments dans la zone amont ou dans la zone aval de l’auge, un ou plusieurs orifices étant aménagé(s) dans le plateau de l’auge dans ladite zone amont et/ou ladite zone aval ;
  • la vibration mécanique à l’étape c) est appliquée à l’auge par l’intermédiaire d’un système vibrant, solidaire de l’auge, la vibration mécanique présentant une fréquence comprise entre 40 et 60 Hz ;
  • la vibration mécanique appliquée à l’auge est associée à un mouvement rectiligne d’amplitude comprise entre 0,1mm et 20mm, préférentiellement entre 0,1mm et 1mm ;
  • le mouvement rectiligne s’opère selon un axe incliné de 10° à 30° par rapport au plan principal, ledit axe et l’axe longitudinal de l’auge étant inclus dans un plan normal au plan principal ; préférentiellement, le mouvement rectiligne s’opère selon un axe incliné de 20° à 25° par rapport au plan principal ;
  • l’auge est formée en un matériau choisi parmi l’acier, la céramique, le quartz ou le silicium.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre en référence aux figures annexées :
La présente une vue explosée des constituants d’un panneau photovoltaïque classique ;
La présente une auge mise en œuvre dans le procédé de séparation mécanique conforme à la présente invention, (a) en vue de dessus et (b) en vue de côté ;
La présente une auge et une séparation entre des premiers et des deuxièmes éléments, conformément à la présente invention.
Les figures sont des représentations schématiques sur lesquelles les dimensions relatives entre les différents éléments/composants ne sont pas nécessairement respectées.
 DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION
L’invention concerne un procédé de séparation mécanique de différents matériaux semi-conducteurs, isolants ou métalliques d’un composant ou module électronique en fin de vie.
Comme cela sera précisé par la suite, le composant ou module électronique peut par exemple être une (ou plusieurs) cellule(s) photovoltaïque(s) 110, par exemple issues d’un module photovoltaïque 100. Les matériaux considérés sont donc notamment le silicium et l’argent ; ils composent différents éléments 101,103, sous forme de morceaux ou fragments, qui constituent des objets à séparer et à trier.
De manière générale, le procédé selon l’invention est basé sur la séparation spatiale desdits éléments 101,103, dans une auge 1 inclinée de manière adéquate et soumise à une vibration mécanique particulière. Il comprend typiquement :
  • Une étape a) de fourniture de deux types d’éléments 101,103 différents à trier,
  • Une étape b) de disposition desdits éléments 101,103 dans l’auge 1,
  • Une étape c) de séparation spatiale des deux types d’éléments 101,103.
L’auge 1 présente une forme de plateau plein, au moins dans une zone centrale 12, s’étendant selon un axe longitudinal A, et comportant des rebords latéraux 11 ( ). L’auge 1 est typiquement formée en un matériau choisi parmi l’acier, la céramique, le quartz ou le silicium ; la dureté du matériau de l’auge 1 doit avoisiner ou dépasser la dureté des matériaux des éléments 101,103 à trier, afin que ces derniers ne l’endommagent pas démesurément. Le plateau est plan et lisse.
Les dimensions latérales du plateau peuvent varier de quelques centimètres à plusieurs mètres, selon la quantité de matière que l’on souhaite traiter. Par exemple, l’auge 1 peut présenter une longueur, selon l’axe longitudinal A, d’environ 1m et une largeur de l’ordre de 50cm. La hauteur des rebords latéraux 11 est typiquement choisie de l’ordre de 1cm à quelques cm.
Un dispositif de distribution 5 peut être aménagé au-dessus de la zone centrale 12 de l’auge 1, de manière à introduire progressivement les éléments 101,103 sur le plateau de l’auge 1.
La séparation spatiale s’opère du fait du déplacement de certains éléments 103 vers la partie plus élevée (dite zone amont 13) de l’auge 1 alors que d’autres éléments 101 se déplacent vers la partie plus basse (dite zone aval 14). Une telle séparation est rendue possible du fait de la géométrie différente (forme plane, forme pulvérulente, etc...) des éléments 101,103 en présence sur l’auge 1, en combinaison avec l’inclinaison et le mouvement vibratoire de l’auge 1.
Dans le cadre de la présente invention, l’angle d’inclinaison α de l’auge 1 est compris entre 10° et 30°. Lorsque l’on parle d’un angle α de 10°, il faut comprendre 10° +/-0,5°. Notons que l’angle d’inclinaison α correspond à l’angle formé entre un plan horizontal et un plan principal défini par le plateau de l’auge 1. Un mode de réalisation particulier sera ensuite détaillé, dans lequel des plages d’angles d’inclinaison α plus précises et plus avantageuses sont proposées.
La vibration mécanique est avantageusement appliquée à l’auge 1 par l’intermédiaire d’un système vibrant 2, solidaire de l’auge 1. La vibration mécanique présente typiquement une fréquence comprise entre 40 et 60 Hz, par exemple 50 Hz. Elle peut être associée à un mouvement rectiligne selon un axe parallèle ou normal au plan principal, ou formant un angle quelconque avec ledit plan principal. La vibration mécanique peut également être associée à un mouvement elliptique, qui peut s’opérer dans le plan principal, dans le plan horizontal ou dans tout autre plan. L’amplitude de ces différents mouvements possibles est préférentiellement comprise entre 0,1mm et 20mm, avantageusement comprise entre 0,1mm et 1mm, typiquement autour de 0,5mm, voire autour de 0,3mm. L’amplitude des vibrations permet de réguler le sautillement des éléments 101,103, afin qu’ils soient soumis à une accélération adaptée au besoin. Avec une amplitude trop faible, les deux types d’éléments 101,103 partiraient vers le bas ; a contrario, une amplitude trop importante induirait un déplacement de tous les éléments vers le haut ou leur éjection de l’auge 1.
Selon une variante préférée, le mouvement vibratoire est rectiligne, selon un axe formant un angle compris entre 10° et 30° (avantageusement entre 20° et 25°) avec le plan principal (plan du plateau de l’auge 1), étant entendu que le plan principal forme un angle d’inclinaison α compris entre 10° et 30° avec le plan horizontal et que l’axe du mouvement vibratoire et l’axe longitudinal A appartiennent à un même plan normal au plan principal.
Le procédé comprend une étape d) de récupération des deux types d’éléments 101,103, lorsqu’ils passent respectivement au-delà d’une extrémité amont 13a ou d’une extrémité aval 14a de l’auge 1. Pour cela, des récipients 3,4 peuvent être agencés en-dessous de chacune des extrémités 13a,14a.
Selon une variante possible, un ou plusieurs orifices (non représentés) sont aménagé(s) dans le plateau de l’auge 1 dans la zone amont 13 et/ou dans la zone aval 14, pour laisser passer respectivement l’un et l’autre des deux types d’éléments 101,103 séparés ; chaque type d’éléments 101,103 peut alors tomber dans un récipient 3,4 dédié, agencé sous le ou les orifice(s).
Selon un mode particulier de réalisation de l’invention, le procédé de séparation mécanique de différents matériaux semi-conducteurs, isolants ou métalliques d’un composant ou module électronique en fin de vie, comprend une étape a) de fourniture d’un mélange de premiers éléments 101 et de deuxièmes éléments 103, sous forme de morceaux, chaque morceau présentant trois dimensions (longueur L, largeur l, épaisseur e) dans un référentiel orthonormé ( ).
Chaque premier élément 101 présente au moins une dimension millimétrique, typiquement supérieure ou égale à 1mm, voire 2mm. Selon une variante avantageuse, chaque premier élément 101 présente une forme générale plane : ses dimensions latérales (longueur L, largeur l) sont donc plus grandes que son épaisseur e. Les premiers éléments 101 sont ainsi caractérisés par au moins une dimension millimétrique et avantageusement, un facteur de forme (dit premier facteur de forme) supérieur à 6, voire supérieur à 10, à 20, à 50, ou encore davantage.
Chaque deuxième élément 103 présente des dimensions inférieures à 500μm et au moins une dimension inférieure à 50μm. Typiquement les deuxièmes éléments 103 se présentent sous forme pulvérulente, dit autrement, sous forme de très fines particules. Ces éléments 103, outre leurs très petites dimensions, peuvent se présenter sous une forme sensiblement cylindrique, la section du cylindre peut alors être définie par une largeur l et une épaisseur e, ou par un diamètre ϕ si elle est circulaire.
L’étape b) comprend la disposition des premiers éléments 101 et des deuxièmes éléments 103 dans une zone centrale 12 de l’auge 1. Rappelons que la zone centrale 12 de l’auge 1 n’est pas limitée au centre du plateau, mais est considérée étendue vers chacune des extrémités amont 13a et aval 14a. L’introduction des éléments 101,103 sur le plateau pourra donc s’opérer plus ou moins près/loin desdites zones amont 13 et aval 14, tout en demeurant dans la zone centrale 12.
A l’étape c), intervient la séparation spatiale des premiers éléments 101 et des deuxièmes éléments 103, par application d’une vibration mécanique (telle que précédemment décrite) à l’auge 1, laquelle est inclinée avec un angle d’inclinaison α compris entre 10° et 30° (+/-0,5°). Les premiers éléments 101 sont alors acheminés vers la zone aval 14 (partie la plus basse) de l’auge 1, alors que les deuxièmes éléments 103 sont acheminés vers la zone amont 13 (partie la plus haute) ( ).
Avantageusement, l’angle d’inclinaison α de l’auge 1 est compris entre 15° et 25° (+/-0,5°), par exemple autour de 20°. Encore avantageusement, l’angle d’inclinaison α de l’auge 1 est compris entre 20° et 25° (+/-0,5°), voire compris entre 21° et 25°, soit typiquement de 23° (+/-0,5°). Ces plages préférentielles d’angle d’inclinaison α améliorent nettement l’efficacité de séparation des premiers 101 et des deuxièmes 103 éléments.
La séparation spatiale des premiers 101 et des deuxièmes 103 éléments est favorisée par le fait que, dans cette gamme d’inclinaison de l’auge 1, le bilan des forces (frottement, pesanteur, réaction de l’auge sur les éléments) est tel qu’il entraine le glissement des premiers éléments 101 (par exemple plans) vers la partie basse de l’auge 1 (zone aval 14), du fait de l’atteinte d’un point de rupture de l’équilibre dû au frottement. Les deuxièmes éléments 103, apparentés à des poussières, sont très fortement volatiles et soumis aux courants d’air créés par les mouvements vibratoires de l’auge 1 ; ces courants d’air permettent aux deuxièmes éléments 103 de remonter le long du plateau. Quand ils ne sont pas soulevés par les courants d’air, les deuxièmes éléments 103 sont retenus par les micro-aspérités de l’auge 1.
Dans ce mode de réalisation, le composant ou module électronique est par exemple une cellule photovoltaïque 110, à savoir un empilement comprenant en particulier un substrat de silicium, des couches et des lignes métalliques. Cette cellule 110 peut être issue d’un module photovoltaïque 100 ( ) en fin de vie, disloqué par pyrolyse ou par des techniques mécaniques (jet d’eau, etc). La cellule photovoltaïque 110 peut aussi venir de rebus de production.
L’étape a) peut alors comprendre la division de la cellule photovoltaïque 110 par traitement mécanique (exfoliation) et/ou chimique, de manière à détacher les lignes métalliques : le premier matériau composant les premiers éléments 101 est alors le silicium (totalement ou majoritairement), le deuxième matériau composant les deuxièmes éléments 103 est l’argent des lignes métalliques.
Les premiers éléments 101 peuvent présenter une longueur L et une largeur l comprises entre 1mm et 20mm et une épaisseur e de l’ordre de 150μm. Les deuxièmes éléments 103 peuvent présenter une longueur L inférieure à 500μm et, une largeur l et une épaisseur e (ou un diamètre ϕ) inférieures à 50μm. Ce sont notamment les gammes de dimensions des premiers éléments 101 en silicium et des deuxièmes éléments 103 en argent (fils métalliques) récupérés d’une cellule photovoltaïque 110.
Le procédé selon l’invention autorise ainsi une séparation mécanique entre des morceaux en silicium et des morceaux en argent, initialement mélangés. Il présente l’intérêt d’une grande efficacité de ségrégation dans ce cas précis de premiers et deuxièmes éléments présentant des tailles respectivement millimétrique et micrométrique et des formes respectivement plane et pulvérulente.
L’invention n’est pas limitée au mode de réalisation décrit et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l’invention tel que défini par les revendications.
En particulier, le procédé de séparation mécanique peut s’appliquer au recyclage de toute sorte de composant électronique en fin de vie, et à des éléments composés d’autres matériaux que le silicium et l’argent, tant que les formes respectives des éléments, en combinaison avec les conditions d’inclinaison et de vibration de l’auge, respectent les prérequis énoncés dans la présente description.

Claims (8)

  1. Procédé de séparation mécanique de morceaux de silicium et de morceaux d’argent issus d’une cellule photovoltaïque en fin de vie, comprenant les étapes suivantes :
    a) la fourniture d’un mélange de premiers éléments (101) constitués des morceaux de silicium, et de deuxièmes éléments (103) constitués des morceaux d’argent, chaque morceau présentant trois dimensions dans un référentiel orthonormé, les premiers éléments (101) présentant une longueur (L) et une largeur (l) comprises entre 1mm et 20mm et une épaisseur (e) de l’ordre de 150μm et les deuxièmes éléments (103) présentant une longueur (L) inférieure à 500μm, et une largeur (l) et une épaisseur (e) inférieures à 50μm,
    b) la disposition des premiers éléments (101) et des deuxièmes éléments (103) dans une zone centrale (12) d’une auge (1), ladite auge (1) présentant une forme de plateau, plein dans la zone centrale, s’étendant dans un plan principal, et comportant des rebords latéraux (11) ;
    c) la séparation spatiale des premiers éléments (101) et des deuxièmes éléments (103), par application d’une vibration mécanique à l’auge (1), la vibration mécanique présentant une fréquence comprise entre 40 et 60 Hz, ladite auge (1) étant inclinée de sorte que le plan principal forme un angle d’inclinaison (α) compris entre 20° et 25° avec un plan sensiblement horizontal et de manière à définir une zone amont (13) et une zone aval (14) par rapport à la zone centrale (12) de l’auge (1), les deuxièmes éléments (103) et les premiers éléments (101), soumis à la vibration mécanique, étant acheminés respectivement vers la zone amont (13) et vers la zone aval (14) de l’auge (1).
  2. Procédé de séparation mécanique selon la revendication précédente, dans lequel l’angle d’inclinaison est compris entre 21° et 25°, préférentiellement autour de 23° +/-0,5°.
  3. Procédé de séparation mécanique selon la revendication 1, dans lequel l’étape a) comprend la division de la cellule photovoltaïque, formée par un empilement comprenant une couche de silicium, des couches et des lignes métalliques, par traitement mécanique ou chimique, de manière à détacher les lignes métalliques, le premier matériau composant les premiers éléments (101) étant le silicium, le deuxième matériau composant les deuxièmes éléments (103) étant l’argent des lignes métalliques.
  4. Procédé de séparation mécanique selon l’une des revendications précédentes, comprenant :
    - une étape d) de récupération des éléments (101, 103), lorsqu’ils passent au-delà d’une extrémité amont (13a) ou d’une extrémité aval (14a) de l’auge (1), ou
    - une étape d) de récupération des éléments (101,103) dans la zone amont (13) ou dans la zone aval (14) de l’auge (1), un ou plusieurs orifices étant aménagé(s) dans le plateau de l’auge (1) dans ladite zone amont (13) et/ou ladite zone aval (14).
  5. Procédé de séparation mécanique selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la vibration mécanique à l’étape c) est appliquée à l’auge (1) par l’intermédiaire d’un système vibrant (2), solidaire de l’auge (1).
  6. Procédé de séparation mécanique selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la vibration mécanique appliquée à l’auge (1) est associée à un mouvement rectiligne d’amplitude comprise entre 0,1mm et 1mm.
  7. Procédé de séparation mécanique selon la revendication précédente, dans lequel le mouvement rectiligne s’opère selon un axe incliné de 10° à 30° par rapport au plan principal, ledit axe et l’axe longitudinal (A) de l’auge (1) étant inclus dans un plan normal au plan principal.
  8. Procédé de séparation mécanique selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’auge (1) est formée en un matériau choisi parmi l’acier, la céramique, le quartz ou le silicium.
PCT/EP2023/076868 2022-09-29 2023-09-28 Procede de separation mecanique de differents materiaux semi-conducteurs, isolants ou metalliques d'un composant ou module, par exemple photovoltaique, pour le recyclage de ce dernier WO2024068828A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2209916A FR3140289A1 (fr) 2022-09-29 2022-09-29 Procede de separation mecanique de differents materiaux semi-conducteurs, isolants ou metalliques d’un composant ou module, par exemple photovoltaique, pour le recyclage de ce dernier
FRFR2209916 2022-09-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024068828A1 true WO2024068828A1 (fr) 2024-04-04

Family

ID=85176001

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2023/076868 WO2024068828A1 (fr) 2022-09-29 2023-09-28 Procede de separation mecanique de differents materiaux semi-conducteurs, isolants ou metalliques d'un composant ou module, par exemple photovoltaique, pour le recyclage de ce dernier

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3140289A1 (fr)
WO (1) WO2024068828A1 (fr)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1276573B (de) * 1967-05-06 1968-09-05 Iarhewumia Rheinische Werkzeug Vorrichtung zur Klassierung und Sortierung von feinkoernigem Gut
DE2105342A1 (en) * 1971-02-05 1972-08-10 Bergwerksverband Gmbh, 4300 Essen Vibratory separator for bulk material - having channel fitted with obstacles
DE3501777A1 (de) * 1985-01-21 1985-08-08 Peter 7869 Aitern Voelskow Abfallsortieranlage
EP0867234B1 (fr) * 1997-03-25 2002-07-17 Somestra Industrie Séparateur sélectif vibrant
FR3096833A1 (fr) 2019-05-29 2020-12-04 Rosi procédé de recyclage de l’argent présent sur une cellule photovoltaïque
EP3989296A1 (fr) * 2020-10-14 2022-04-27 9-Tech S.r.l. Méthode, installation et appareil pour le recyclage des panneaux photovoltaïques
EP2786810B1 (fr) * 2013-04-06 2022-04-27 Trenn- und Sortiertechnik GmbH Procédé de séparation et/ou de tri de produits en vrac

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1276573B (de) * 1967-05-06 1968-09-05 Iarhewumia Rheinische Werkzeug Vorrichtung zur Klassierung und Sortierung von feinkoernigem Gut
DE2105342A1 (en) * 1971-02-05 1972-08-10 Bergwerksverband Gmbh, 4300 Essen Vibratory separator for bulk material - having channel fitted with obstacles
DE3501777A1 (de) * 1985-01-21 1985-08-08 Peter 7869 Aitern Voelskow Abfallsortieranlage
EP0867234B1 (fr) * 1997-03-25 2002-07-17 Somestra Industrie Séparateur sélectif vibrant
EP2786810B1 (fr) * 2013-04-06 2022-04-27 Trenn- und Sortiertechnik GmbH Procédé de séparation et/ou de tri de produits en vrac
FR3096833A1 (fr) 2019-05-29 2020-12-04 Rosi procédé de recyclage de l’argent présent sur une cellule photovoltaïque
EP3989296A1 (fr) * 2020-10-14 2022-04-27 9-Tech S.r.l. Méthode, installation et appareil pour le recyclage des panneaux photovoltaïques

Also Published As

Publication number Publication date
FR3140289A1 (fr) 2024-04-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3144272B1 (fr) Procede d'orientation d'objets allongés disposes en surface d'un substrat
EP2608253B1 (fr) Via TSV doté d'une structure de libération de contraintes et son procédé de fabrication
EP3350828B1 (fr) Procede de transfert de paves monocristallins
FR2993801A1 (fr) Procede de realisation d'un objet tridimensionnel
FR2748851A1 (fr) Procede de realisation d'une couche mince de materiau semiconducteur
WO2002082502A2 (fr) Procede de transfert selectif de puces semiconductrices d'un support initial sur un support final
WO2024068828A1 (fr) Procede de separation mecanique de differents materiaux semi-conducteurs, isolants ou metalliques d'un composant ou module, par exemple photovoltaique, pour le recyclage de ce dernier
FR2947380A1 (fr) Procede de collage par adhesion moleculaire.
EP3595029A1 (fr) Procédé de transfert de structures
WO2021198576A1 (fr) Structure demontable utilisee pour le transfert ou la manipulation de couches, et procede de transfert d'une couche mettant en œuvre ladite structure demontable
WO2011134999A1 (fr) Dispositif et procede de texturation mecanique d'une plaquette de silicium destinee a constituer une cellule photovoltaique, plaquette de silicium obtenue
FR3103965A1 (fr) Clivage de plaque pour la fabrication de cellules solaires
WO2014060817A1 (fr) Procédé de collage par adhésion moléculaire
EP2149924B1 (fr) Transistor organique et procédé de fabrication d'une couche diélectrique d'un tel transistor
FR2919960A1 (fr) Procede et installation pour la fracture d'un substrat composite selon un plan de fragilisation
WO2017174935A1 (fr) Dispositif de convoyage et de maintien pour feuille de verre notamment dans une installation de lavage
EP2791969B1 (fr) Formation d'une connexion electrique du type via
FR3024591A1 (fr) Procede de fabrication d’un panneau photovoltaique
BE1007472A4 (fr) Procede et dispositif de traitement d'articles en matiere plastique, et installation pour la recuperation selective de matieres plastiques.
WO2020260785A1 (fr) Dispositif de fabrication additive et sa mise en oeuvre
WO2012085000A1 (fr) Procédé de recyclage d'une pièce en matériau composite et son système de mise en œuvre
FR3030880A1 (fr) Procede de transformation d'un dispositif electronique
EP0165183A1 (fr) Matériau intercalaire permettant d'empiler et de protéger des jantes de roues ou articles similaires
FR3074960A1 (fr) Procede de transfert d'une couche utilisant une structure demontable
EP2666194B1 (fr) Procede de gravure de couches micro-electriques par un faisceau laser

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23782223

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1