Nyligen gjorde National Renewable Energy Laboratory (NREL), en del av USA:s energidepartement, ett revolutionerande genombrott när de utvecklade en proof-of-concept-metodik utformad för att helt ta bort polymerer från tillverkningen av solpaneler, vilket resulterade i mer effektiva och miljövänlig återvinning.
Solpaneler har länge hyllats för sin återvinningsbarhet. De tunna plastskikten som används i tillverkningsprocessen innebär dock utmaningar som hindrar effektiv återvinning av värdefulla material som kisel och silver.
För att möta denna utmaning har NRELs forskargrupp tagit ett annat tillvägagångssätt och kommit fram till en innovativ lösning för att implementera glas-till-glas-svetsning direkt i solceller.
Kärnan i denna lösning ligger i utnyttjandet av infraröd femtosekundlaserteknologi. Genom att exakt styra laserpulsen fokuseras energin på ett specifikt område av solpanelen på mycket kort tid, vilket skapar en robust glas-till-glas-svets. Det är värt att nämna att femtosekundlaserteknologi redan har använts i stor utsträckning inom området medicinsk ögonkirurgi, såsom kataraktkirurgi, och dess säkerhet och tillförlitlighet har verifierats till fullo.
Med lasersvetsning elimineras helt behovet av plastlaminat i solpaneler, vilket förenklar återvinningsprocessen avsevärt. Vid slutet av panelens livslängd kan dessa moduler gjorda genom lasersvetsning lätt brytas ner, glas- och metalltrådarna i dem kan återvinnas utan problem och kiselmaterialet kan återanvändas.
David Young, senior forskare i Efficient Crystalline Photovoltaics Group vid NREL:s avdelning för kemi och nanovetenskap, sa: "Det finns en allmän konsensus bland de flesta återvinningsföretag om att polymerer är huvudproblemet som hindrar återvinningsprocessen. Tillkomsten av vår teknik öppnar verkligen upp en helt ny uppsättning möjligheter för återvinning av solpaneler."
Forskningen har publicerats i IEEE Journal of Photovoltaics. Forskargruppen påpekar att lasersvetstekniken har ett brett användningsområde, inte bara för kiselmaterial, utan även med en mängd olika material som kalcit och kadmiumtellurid. På grund av laserns mycket fokuserade natur är den värme som genereras begränsad till ett mycket litet område och orsakar inte skador på batterimaterialet. Samtidigt är styrkan på svetsarna inuti glaset jämförbar med den hos själva glaset, vilket säkerställer modulens långsiktiga stabilitet och hållbarhet.
Young förklarar vidare, "Så länge själva glaset inte är trasigt kommer svetsarna inte att orsaka problem. Dessutom förbättras hårdheten på den svetsade modulen avsevärt på grund av frånvaron av polymer mellan glasbitarna. Vår forskning visar att med rätt installation och modifiering av de präglade egenskaperna hos det valsade glaset, kan den svetsade modulen bli tillräckligt hård för att uppfylla kraven för statisk belastningstestning."
Tidigare har forskare försökt kantförsegling med nanosekundlasrar och glasfritta fyllmedel, men resultaten har inte varit gynnsamma. Svetsarnas spröda natur gjorde dem olämpliga för utomhusmodulkonstruktioner. Däremot uppnår femtosekundlasersvetstekniken som utvecklats av NREL överlägsen tätningsstyrka till en bråkdel av kostnaden, vilket ger en stark teknik för återvinning av solpaneler.
Denna forskning stöds av Durable Module Materials Alliance, som är dedikerad till att förlänga livslängden för solpaneler till 50 år och längre. Med NRELs innovativa laserteknik kan vi förvänta oss att realisera mer effektiv och miljövänlig solpanelsåtervinning i framtiden, vilket bidrar till en hållbar utveckling av förnybar energi.
