Du silicium recyclé pour produire des cellules solaires PERC en Allemagne

Environ dix mille tonnes de silicium dans les panneaux photovoltaïques mis au rebut finissent chaque année sur le marché du recyclage en Allemagne. Ce chiffre passera à plusieurs centaines de milliers de tonnes par an d’ici 2029. Actuellement, l’aluminium, le verre et le cuivre des modules mis au rebut sont retraités, mais pas les cellules solaires en silicium.

Afin de pouvoir réutiliser le silicium, des chercheurs du Fraunhofer Center for Silicon Photovoltaics (CSP) et du Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (ISE), en collaboration avec Reiling, la plus grande entreprise allemande de recyclage de modules PV, ont développé une solution dans laquelle le silicium des modules mis au rebut est recyclé à l’échelle industrielle et réutilisé pour produire de nouvelles cellules solaires PERC.

Une grande part des systèmes photovoltaïques en Allemagne ont été installés entre 2009 et 2011 lors de la première vague d’expansion photovoltaïque. « Cette expansion sera vraisemblablement suivie d’une première vague d’élimination vingt ans plus tard, vers 2029, lorsque le tarif de rachat pour les modules photovoltaïques installés expirera. Par conséquent, il est nécessaire d’établir des processus et des procédures adéquats pour récupérer le matériau de silicium des modules mis au rebut à un stade précoce », explique le professeur Andreas Bett, directeur de l’institut Fraunhofer ISE.

Déjà en 2021, la quantité totale installée de modules photovoltaïques en Allemagne était d’environ cinq millions de tonnes, avec une teneur en silicium de 150 000 tonnes. En tant que matériau semiconducteur, le silicium est le principal composant des cellules solaires. Un groupe de travail de Fraunhofer CSP, en collaboration avec Reiling a donc développé un procédé de récupération du matériau en silicium avec un financement du ministère fédéral allemand de l’Économie et du Climat BMWK. Avec ce procédé, il est possible de recycler tous les modules PV en silicium cristallin, quels que soient leur fabricant et leur origine.

« Si ce n’était pas le cas, cela représenterait beaucoup trop de travail pour les entreprises de recyclage. Il était important pour nous de développer un processus évolutif qui a un sens économique. Beaucoup de choses sont possibles en laboratoire, mais notre nouveau procédé devait faire ses preuves dans la pratique pour l’industrie du recyclage », explique le professeur Peter Dold, chef de projet chez Fraunhofer CSP.

Concernant le processus, les fragments de cellules solaires sont séparés et collectés à partir des sous-produits du processus de recyclage mécanique. Au Fraunhofer CSP, les fragments de cellules de 0,1 à 1 millimètre sont d’abord débarrassés du verre et du plastique par divers processus de tri. Ceci est suivi par le retrait étape par étape du contact arrière, des contacts en argent, de la couche antireflet et enfin de l’émetteur par gravure chimique humide. Le silicium ainsi nettoyé est transformé en lingots monocristallins ou quasi monocristallins dans les procédés classiques puis mis en tranches (wafers). La cristallisation est réalisée avec 100% de silicium recyclé sans ajout de silicium ultrapur commercial. Les tranches en silicium recyclé ont été transformées en cellules solaires PERC au PV-TEC de Fraunhofer ISE. Lors du premier essai, l’efficacité de conversion des cellules solaires était de 19,7%. « C’est inférieur à l’efficacité des cellules solaires PERC haut de gamme d’aujourd’hui, qui ont un rendement d’environ 22,2%, mais c’est certainement supérieur à celui des cellules solaires des anciens modules mis au rebut », se félicite Peter Dold.