Materiaalrecyclage: Halfgeleiders of semiconductoren

1.1. Inleiding

Door het toepassen van specifieke materialen, de zogenaamde halfgeleiders, kunnen de fotovoltaïsche cellen op een zonnepaneel zonne-energie omzetten in elektriciteit. Halfgeleidermaterialen dragen slechts voor een klein deel bij tot het gewicht van een zonnepaneel (tussen de 1 en 2%). Door de toepassing van nieuwe productieprocessen en technologieën zullen fabrikanten van PV-panelen nog dunnere lagen halfgeleiders gaan gebruiken.

Het meestgebruikte halfgeleidermateriaal voor de constructie van fotovoltaïsche cellen is silicium. Monokristallijn, multikristallijn en vormloos (of amorf) silicium wordt hiervoor gebruikt (zie het afvalstroomfiche fotovoltaïsche (PV) panelen).

Andere gebruikte materialen voor de bouw van fotovoltaïsche cellen zijn polykristallijne dunne films zoals: koper-indium selenide (CIS), koper indium gallium (di) selenium (CIGS), en cadmiumtelluride (CdTe).

1.2. Werkingsprincipe

1.2.1. Kristallijne silicium PV-panelen

Na de voorbehandeling (het verwijderen van het frame en de verbindingendoos), vershreddering (versnippering) en sortering worden de resulterende afvalfracties verwerkt in een vlakglas- en een semiconductorenrecyclagelijn. De in dit recyclageproces gevormde fracties zijn ferro en non-ferro metalen, glas, siliconen en kunststof. PV CYCLE gaf in 2016 aan een recyclagequotum van 96% te kunnen halen voor silicium PV-panelen. Het gemiddelde recyclagequotum lag op dat moment op 90%. Het van PV-modules afkomstige glas wordt gemengd met standaard glasscherven. Deze verwerkte glasstroom vindt gedeeltelijk een toepassing in glasvezel of isolatieproducten en gedeeltelijk in glazen verpakkingsproducten. De zonnecellen ondergaan een thermische behandeling om kunststoffen en metalen te scheiden. Het gezuiverde silicium kan vervolgens gebruikt worden voor nieuwe cellen of in andere toepassingen (Gerold & Antrekowitsch, 2024). Amorfe silicium cellen kunnen andere of bijkomende zuiveringsstappen nodig hebben.

1.2.2. Niet-silicium PV-panelen

Hierbij vereist het recyclageproces het gebruik van verschillende technologieën, afhankelijk van het type halfgeleider dat in het zonnepaneel gebruikt is. Alle types worden eerst vermalen en gesorteerd in verschillende fracties. De glasfractie wordt op gelijke wijze als bij silicium PV-panelen verwerkt.

  • Panelen met CadmiumTelluride (CdTe) worden vervolgens ondergedompeld in chemische baden om de verschillende halfgeleidende materialen te scheiden. Hierdoor is een recuperatie van 95% van de halfgeleidercomponenten mogelijk. Recyclagetechnologieën voor dit type panelen zijn in de afgelopen jaren sterk toegenomen. Dit proces is schematisch weergegeven in Figuur 1.
  • Voor fotovoltaïsche modules gebruik makend van halfgeleiders uit koper indium selenide (CIS) en koper indium gallium (di) selenium (CIGS) wordt een behandeling in een vergelijkbaar chemisch bad toegepast.
Een schematisch overzicht van een CdTe-PV-paneelrecyclageproces (UNEP, 2013)
Figuur 1: Een schematisch overzicht van een CdTe-PV-paneelrecyclageproces (UNEP, 2013)

 

 

We beschikken niet over data omtrent de milieu-aspecten en emissies die verbonden zijn aan de voormelde technieken.

We beschikken niet over kostendata die verbonden zijn aan de voormelde technieken.

  • Gerold, E. & Antrekowitsch, H. (2024). Advancements and Challenges in Photovoltaic Cell Recycling: A Comprehensive Review. Sustainability. 16 (6), 2542. https://doi.org/10.3390/su16062542
  • Reuter, M. A., Hudson, C., van Schaik, A., Heiskanen, K., Meskers, C. & Hagelüken, C. (2013). Metal recyclinghttps://www.resourcepanel.org/reports/metal-recycling
  • Tsanakas, J.A., van der Heide, A., Radavičius, T., Denafas, J., Lemaire, E., Wang, K., Poortmans, J. & Voroshazi, E. (2019). Towards a circular supply chain for PV modules: Review of today's challenges in PV recycling, refurbishment and re-certification. Progress in Photovoltaics. 28 (6), 454-464. https://doi.org/10.1002/pip.3193
Laatste herziening: 03/09/2024