Genom att använda en ny metod kan dyrbara metaller effektivt återvinnas ur tunnfilm-solceller. Det visar ny kemiforskning från Chalmers tekniska högskola. Metoden är dessutom mer miljövänlig än tidigare sätt att återvinna och öppnar för fler böjbara och högeffektiva solceller.
I dag finns två huvudsakliga typer av solceller. Den vanligaste är kiselbaserad och står för 90 procent av marknaden. Den andra sorten är tunnfilm-solceller, vilken i sin tur delas upp i tre undergrupper, varav en kallas Cigs (copper indium gallium selenide) och består av ett skikt med olika metaller, bland annat indium och silver. Tunnfilm-solceller är i särklass mest effektiva av dagens kommersiellt tillgängliga tekniker. De kan dessutom göras böjbara och anpassningsbara, vilket innebär att de kan användas inom ett stort antal områden. Problemet är att efterfråga på indium och silver är hög, och dessutom följs en ökad produktion av en växande mängd produktionsavfall, som innehåller en blandning av värdefulla metaller och farliga ämnen. Att kunna separera de attraktiva metallerna från övriga ämnen blir därför oerhört värdefullt, både ekonomiskt och för miljön, då de kan återanvändas i nya produkter.
Fotograf: Chalmers/Sandra Nayeri
– Det är avgörande att få bort eventuella föroreningar och återvinna, så att materialet blir så rent som möjligt igen. Hittills har man använt hög värme och en stor mängd kemikalier för att lyckas, vilket är en kostsam process som dessutom inte är miljövänlig, säger Ioanna Teknetzi, doktorand vid institutionen för kemi och kemiteknik, som tillsammans med Burcak Ebin och Stellan Holgersson publicerat de nya resultaten i tidskriften Solar Energy Materials and Solar Cells.
Nu visar alltså deras forskning att det är fullt möjligt med en miljövänligare process med samma utfall.
Fotograf: Chalmers/Ioanna Teknetzi
− Vi tog hänsyn till både renhet och miljövänliga återvinningsförhållanden, och studerade hur man kan separera metallerna i tunnfilm-solcellerna i sura lösningar genom ett mycket ”snällare” sätt att använda metoden lakning. Vi måste också använda kemikalier men inte i närheten så mycket som med tidigare metoder. För att kontrollera renheten hos det återvunna indiumet och silvret mätte vi också koncentrationerna av möjliga föroreningar och såg att de kan minskas genom optimering, säger Ioanna Teknetzi.
Forskarna visade att det går att återvinna 100 procent av silvret och cirka 85 procent av indiumet. Processen sker i rumstemperatur utan att tillföra värme.
– Det går på en dag, vilket är något längre tid än traditionella sätt, men med vår metod blir det mer kostnadseffektivt och miljövänligt. Vi ser att vår forskning kan användas som referens för att optimera återvinningsprocessen och bana väg för att använda metoden i större omfattning i framtiden, säger Burcak Ebin.
Så funkar det:
1. Filmen från solcellen analyseras med avseende på material, kemisk sammansättning, partikelstorlek och tjocklek. Solcellen placeras i en behållare med syralösning vid önskad temperatur. Omrörning används för att underlätta upplösning av metaller i syralösningen. Denna process kallas lakning.
2. Lakningens effektivitet och kemiska reaktioner bedöms genom att analysera prover som tas vid specifika tidpunkter under lakningsprocessen. De olika metallerna lakas vid olika tidpunkter. Det betyder att processen kan avbrytas innan alla metaller börjar lösa sig, vilket i sin tur bidrar till att uppnå högre renhet.
3. När lakningen är klar finns de önskade metallerna i lösningen i form av joner och kan enkelt renas för att återanvändas vid tillverkningen av nya solceller.
Mer om studien
Den vetenskapliga artikeln Valuable metal recycling from thin film CIGS solar cells by leaching under mild conditions har publicerats i Solar Energy Materials and Solar Cells. Författarna är Ioanna Teknetzi, Burcak Ebin och Stellan Holgersson vid institutionen för kemi och kemiteknik på Chalmers. Studien har genomförts på Chalmers materialanalyslaboratorium, CMAL, och forskningen har fått finansiering från Energimyndigheten.
För mer information, vänligen kontakta:
Ioanna Teknetzi, doktorand, institutionen för kemi och kemiteknik, Chalmers tekniska högskola,
Burcak Edin, forskare, institutionen för kemi och kemiteknik, Chalmers tekniska högskola
Stellan Holgersson, forskare, institutionen för kemi och kemiteknik, Chalmers tekniska högskola