Onlangs maakte het National Renewable Energy Laboratory (NREL), onderdeel van het Amerikaanse ministerie van Energie, een revolutionaire doorbraak toen zij een proof-of-concept-methodologie ontwikkelden die was ontworpen om polymeren volledig te verwijderen uit de productie van zonnepanelen, wat resulteert in efficiëntere en milieuvriendelijke recycling.
Zonnepanelen worden al lang geprezen vanwege hun recycleerbaarheid. De dunne plastic lagen die in het productieproces worden gebruikt, brengen echter uitdagingen met zich mee die de efficiënte recycling van waardevolle materialen zoals silicium en zilver belemmeren.
Om deze uitdaging aan te pakken heeft het onderzoeksteam van NREL voor een andere aanpak gekozen en een innovatieve oplossing bedacht om glas-op-glas-lassen rechtstreeks in zonnecellen te implementeren.
De kern van deze oplossing ligt in het gebruik van infrarood femtoseconde lasertechnologie. Door de laserpuls nauwkeurig te regelen, wordt de energie in zeer korte tijd op een specifiek gebied van het zonnepaneel geconcentreerd, waardoor een robuuste glas-op-glas las ontstaat. Het is vermeldenswaard dat femtoseconde-lasertechnologie al op grote schaal wordt gebruikt op het gebied van medische oogchirurgie, zoals cataractchirurgie, en dat de veiligheid en betrouwbaarheid ervan volledig zijn geverifieerd.
Met laserlassen wordt de noodzaak van kunststoflaminaten in zonnepanelen volledig geëlimineerd, waardoor het recyclingproces aanzienlijk wordt vereenvoudigd. Aan het einde van de levensduur van het paneel kunnen deze door laserlassen gemaakte modules eenvoudig worden afgebroken, kunnen de glas- en metaaldraden daarin zonder problemen worden gerecycled en kan het siliciummateriaal worden hergebruikt.
David Young, een senior wetenschapper bij de Efficient Crystalline Photovoltaics Group van het NREL-departement voor chemie en nanowetenschappen, zei: "Er bestaat een algemene consensus onder de meeste recyclers dat polymeren het grootste probleem zijn dat het recyclingproces belemmert. De komst van onze technologie opent zeker de weg creëren een geheel nieuwe reeks mogelijkheden voor recycling van zonnepanelen."
Het onderzoek is gepubliceerd in het IEEE Journal of Photovoltaics. Het onderzoeksteam wijst erop dat de laserlastechnologie breed toepasbaar is, niet alleen voor siliciummaterialen, maar ook voor een verscheidenheid aan materialen zoals calciet en cadmiumtelluride. Vanwege het zeer gefocuste karakter van de laser is de gegenereerde warmte beperkt tot een zeer klein bereik en veroorzaakt deze geen schade aan het batterijmateriaal. Tegelijkertijd is de sterkte van de lasnaden in het glas vergelijkbaar met die van het glas zelf, waardoor de stabiliteit en duurzaamheid van de module op lange termijn worden gegarandeerd.
Young legt verder uit: “Zolang het glas zelf niet gebroken is, zullen de lassen geen problemen veroorzaken. Bovendien wordt de hardheid van de gelaste module aanzienlijk verbeterd door de afwezigheid van polymeer tussen de glasstukken. Uit ons onderzoek blijkt dat met de juiste installatie en aanpassing van de reliëfkenmerken van het gewalste glas, kan de gelaste module hard genoeg worden om te voldoen aan de eisen van statische belastingstests.
In het verleden hebben onderzoekers geprobeerd randen af te dichten met behulp van nanosecondelasers en glasfritvullers, maar de resultaten waren niet gunstig. De broze aard van de lassen maakte ze ongeschikt voor ontwerpen van buitenmodules. Daarentegen bereikt de door NREL ontwikkelde femtoseconde laserlastechnologie een superieure afdichtingssterkte tegen een fractie van de kosten, wat een sterke technologie oplevert voor de recycling van zonnepanelen.
Dit onderzoek wordt ondersteund door de Sustainable Module Materials Alliance, die zich inzet voor het verlengen van de levensduur van zonnepanelen tot 50 jaar en langer. Met de innovatieve lasertechnologie van NREL kunnen we in de toekomst een efficiëntere en milieuvriendelijkere recycling van zonnepanelen realiseren, wat bijdraagt aan de duurzame ontwikkeling van hernieuwbare energie.
