Das Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik (CSP) hat zusammen mit dem Recyclingunternehmen Reiling ein Verfahren entwickelt, Silizium aus Altmodulen zurückzugewinnen. Die kann dann für die Herstellung neuer Solarzellen genutzt werden. Damit werde das Recycling sämtlicher kistalliner Siliziummodule unabhängig vom Hersteller und der Herkunft recycelt und in den Stoffkreislauf zurückgegeben werden, betonen die Projektpartner. „Sonst wäre das für die Recyclingunternehmen ein viel zu großer Aufwand. Es war uns wichtig, einen skalierbaren Prozess zu entwickeln, der auch wirtschaftlich Sinn macht“, beschreibt Peter Dold, Projektleiter am Fraunhofer CSP, den Vorteil des herstellerübergreifenden Recyclings. „Im Labor ist vieles möglich, aber unser neues Verfahren sollte sich für die Recyclingindustrie in der Praxis bewähren“, betont er.
Module in die Bestandteile auflösen
Das Recyclingverfahren beruht zunächst auf dem bereits etablierten mechanischen Aufbereitungsprozess, bei dem die Module geschreddert werden. Die Bruchstücke der Solarzellen werden dabei abgetrennt und gesammelt. Dies war bei der Entwicklung des Verfahrens eine große Herausforderung. Schließlich sind die Zellbruchstücke nur 0,1 bis einen Millimeter groß. Diese werden am Fraunhofer CSP im ersten Schritt durch verschiedene Sortierverfahren von Glas und Kunststoff befreit. Danach werden mittels nasschemischen Ätzens schrittweise die Rückseitenkontakte, die Silberkontakte, die Antireflexschicht und am Ende auch der Emitter entfernt.
Ingots ausschließlich aus Recyclingsilizium hergestellt
Dadurch entsteht ein aufgereinigtes Silizium, das in einem Standardprozess wieder zu monokristallinen oder quasi-monokristallinen Ingots verarbeitet. Aus diesen können dann – ebenfalls im lange erprobten Standardindustrieprozess – Wafer geschnitten werden, die hinterher zu Solarzellen weiterverarbeitet werden. Die Kristallisation erfolgt dabei mit 100 Prozent Recyclingsilizium, also ohne Zusatz von kommerziellem Reinstsilizium.
Fraunhofer CSP
19,7 Prozent Effizienz erreicht
Die in der Produktionsanlage am Fraunhofer CSP hergestellten Wafer wurden am Fraunhofer ISE zu PERC-Solarzellen verarbeitet. Die Technologie ist derzeit weltweit der technologische Standard bei Solarzellen. Die vom Fraunhofer ISE hergestellten Zellen aus Recyclingsilizium bringen es gleich im ersten Versuch auf einen Zellwirkungsgrad von ansehnlichen 19,7 Prozent. „Das liegt unter dem Wirkungsgrad heutiger Premium PERC-Solarzellen mit circa 22,2 Prozent Wirkungsgrad, aber mit Sicherheit über dem der Solarzellen in den alten, ausgemusterten Modulen“, ordnet Peter Dold die ersten Ergebnisse ein.
Mengen an Altmodulen wachsen
Das Potenzial für einen solchen industriellen Prozess ist riesig. Nicht nur, dass die Nachfrage nach Solarmodulen und damit auch nach Siliziumzellen steigt. Auch die Mengen an Altmodulen, die dem nächste bei den Recyclern anfallen, sind enorm, so dass dafür dringend ein industrieller Prozess gebraucht wird, der über das einfache Schreddern der Module hinausgeht. Schließlich fallen jetzt schon etwa 10.000 Tonne Altmodule pro Jahr an. Die Projektpartner gehen davon aus, dass die Menge bis 2029 auf mehrere hunderttausend Tonnen anwachsen wird. Schließlich wurden viele Photovoltaikanlagen in der ersten Ausbauwelle zwischen 2009 und 2011 installiert. „Auf diese wird nach Ende der zwanzig Jahre dauernden Einspeisevergütung ab 2029 absehbar eine erste Entsorgungswelle folgen“, erklärt Andreas Bett, Leiter des Fraunhofer ISE. „Es müssen daher im Vorfeld vernünftige Prozesse und Verfahren zur Rückgewinnung des Siliziums aus ausgedienten Modulen aufgebaut werden“.
150.000 Tonnen Altsilizium erwartet
Immerhin waren schon 2021 in Deutschland Photovoltaikmodule mit einem Gewicht von etwa fünf Millionen Tonnen installiert waren. Davon macht das Silizium zwar nur einen kleinen Teil aus. Doch es sind dennoch immerhin 150.000 Tonnen, die in diesen installierten Modulen enthalten sind. Wenn dies Menge in einem industriellen Prozess zurückgewonnen werden kann, ist das nicht nur ein Gewinn für die Umwelt. Es kann sich dann auch für die Recycler wirtschaftlich lohnen, es wieder in den Stoffkreislauf zurückzugeben.
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