13 april 2023

Metaller från solceller kan återvinnas mer miljövänligt

EnergiHållbar utvecklingKemikalierKlimatet

Den här artikeln bygger på ett pressmeddelande. Läs om hur redaktionen jobbar.

Genom en ny skonsam metod kan värdefulla metaller som silver och indium återvinnas ur böjbara tunnfilm-solceller. Det visar forskning vid Chalmers.

I dag finns i huvudsak två typer av solceller. Den vanligaste är kiselbaserad och står för 90 procent av marknaden.

Den andra sorten är tunnfilm-solceller som i sin tur har tre undergrupper. En av dem är Cigs, eller copper indium gallium selenide. Den består av ett skikt med olika metaller, bland annat indium och silver.

Böjbara och effektiva solceller

Tunnfilm-solceller är i särklass de 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 efterfrågan på indium och silver är hög. Produktionen följs också av en växande mängd avfall, som innehåller en blandning av värdefulla metaller och farliga ämnen.

Att kunna separera de attraktiva metallerna från övriga ämnen är därför värdefullt – både av ekonomiska skäl och för miljön eftersom materialet kan återanvändas i nya produkter.

– 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 doktoranden Ioanna Teknetzi vid Chalmers tekniska högskola.

Miljövänligare separation av metallerna

En ny studie, som gjorts på Chalmers materialanalyslaboratorium, visar att det är möjligt att återvinna metallerna med en miljövänligare process.

− 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, säger Ioanna Teknetzi och fortsätter:

− 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.

Allt silver kan återvinnas

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 forskaren Burcak Ebin vid Chalmers.

Så går återvinningen till

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.