Proceedings of the European Summer School of Photovoltaics 4 â 7 ...
Proceedings of the European Summer School of Photovoltaics 4 â 7 ...
Proceedings of the European Summer School of Photovoltaics 4 â 7 ...
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
Tab. 1. Elementy składowe komercyjnego modułu PV<br />
Moduł<br />
PV<br />
Tab. 2. Elementy składowe komercyjnego ogniwa PV<br />
Ogniwo<br />
PV<br />
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8<br />
Rama<br />
Al<br />
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5<br />
Łącznik<br />
Cu<br />
Metalizacja<br />
tylna<br />
Ag/Al<br />
Metalizacja<br />
przednia<br />
Ag<br />
Warstwa<br />
ARC<br />
Złącze<br />
p- n<br />
Podłoże<br />
bazowe<br />
Si<br />
Tab. 3. Szacunkowe wskaźniki recyklingu dla krzemowych ogniw i modułów<br />
PV<br />
Szacunkowy wskaźniki<br />
recyklingu<br />
krzemowego<br />
ogniwa PV<br />
krzemowego<br />
modułu PV<br />
Wartości w% ≈ 95 ≈ 80<br />
Zużyte ogniwo PV<br />
Śruby,<br />
Fe<br />
Krzemowe podłoże<br />
bazowe odzyskane<br />
ze zużytego ogniwa PV<br />
Kierunek procesu<br />
Rys. 3. Recykling polikrystalicznego ogniw PV<br />
Tworzywa<br />
Szkło EVA Tedlar ® sztuczne<br />
Przewody<br />
Cu<br />
Diody<br />
zabezp.<br />
Ogniwa<br />
PV<br />
Ogniwo PV wytworzone<br />
na bazie odzyskanego<br />
podłoża krzemowego<br />
Z uzyskanych wyników w tabeli 3 wynika że możliwe jest odzyskanie<br />
około 95% materiału z krzemowego ogniwa PV oraz<br />
niemalże 80% z krzemowego modułu PV. Odzyskane polikrystalicznego<br />
krzemowego podłoża bazowego wymaga zastosowania<br />
obróbki chemicznej umożliwiającej usuniecie z jego powierzchni<br />
metalizacji przedniej i tylnej, warstwy antyrefleksyjnej ARC oraz<br />
złącza półprzewodnikowego p- n. Rozdział zaś modułu PV na poszczególne<br />
grupy materiałowe najefektywniej zachodzi w procesach<br />
wysokotemperaturowych tj. w temperaturze około 500 o C.<br />
W celu odzyskania krzemowego podłoża bazowego ze zużytych<br />
ogniw PV należy usunąć z jego powierzchni wszystkie uprzednio<br />
nałożone substancje. W tym celu stosuje się sekwencyjną obróbkę<br />
chemiczną z wykorzystaniem takich substancji jak: wodorotlenek<br />
potasu KOH, kwas fluorowo-wodorowy HF, kwas azotowy HNO 3<br />
,<br />
kwas octowy CH 3<br />
COOH bądź nadtlenek wodoru H 2<br />
O 2<br />
[5]. Na<br />
rys. 3b przedstawiono widok podłoża krzemowego odzyskanego<br />
ze zużytego polikrystalicznego ogniwa PV. Ponowne wykorzystanie<br />
tak odzyskanego podłoża Si wymaga powtórnego wytworzenia<br />
na nim wszystkich wcześniejszych warstw. Technologia produkcji<br />
krzemowych ogniwa PV, na odzyskanym krzemowym podłożu bazowym,<br />
składają się m. in. z takich etapów jak:<br />
– kontrola jakości odzyskanego podłoża bazowego;<br />
– odtłuszczenie i oczyszczenie odzyskanej płytki Si;<br />
– przeprowadzenie procesu dyfuzji;<br />
– usunięcie szkliwa fosforowo-krzemowego;<br />
– osadzenie warstwy Al na tylnej powierzchni płytki;<br />
– osadzenie warstw Ti, Ag;<br />
– wypalenie kontaktów elektrycznych.<br />
Na rysunku 3c zaprezentowana widok ogniwa PV wytworzonego<br />
w Laboratorium Fotowoltaicznego w Kozach na odzyskanym<br />
krzemowym podłożu bazowym. Na rys. 3c widoczna jest<br />
powierzchnia przednia ogniwa PV z wytworzoną warstwą antyrefleksyjną<br />
ARC (kolor niebieski) oraz elektrodą przednią wykonana<br />
przy użyciu pasty srebrowej Ag. Powierzchnia wytworzonego ogniwa<br />
wynosi 25,00 cm 2 . Odzyskane podłoże krzemowe posiadało<br />
rezystywność 1,45 ∙ 10 -2 Ω·m, a jego grubość wyniosła 300 μm.<br />
Odzyskane podłoże krzemowe charakteryzowało się przewodnictwem<br />
dziurowym (typu- p) z tego względu, podczas etapu produkcyjnego<br />
domieszkowane było fosforem. Na powierzchni tylnej<br />
odzyskanego podłoża wykonano metalizację Al/Ag stanowiącą<br />
elektrodę tylną tak wytworzonego ogniwa.<br />
Podsumowanie<br />
Na rysunku 4 zaprezentowano podstawowe parametry eksploatacyjne<br />
wytworzonego polikrystalicznego ogniwa PV na odzyskanym<br />
podłożu bazowym. Wyniki uzyskano na stanowisku do<br />
wyznaczania charakterystyk I- U ogniw PV, zlokalizowanym w Laboratorium<br />
Fotowoltaicznym w Kozach. Pomiary ogniwa PV realizowano<br />
w warunkach testu standardowego STC tj.: E= 1000<br />
W/m 2 , t= 25 o C przy optycznej masie powietrza AM= 1,5. Z otrzymanej<br />
charakterystyki prądowo-napięciowej dla wytworzonego<br />
polikrystalicznego ogniwa PV wynika iż posiada ono bardzo dobre<br />
parametry nie odbiegające od tych uzyskiwanych dla ogniw wytwarzanych<br />
z materiałów pierwotnych. Polikrystaliczne ogniwo PV<br />
wytworzone z materiału wtórnego uzyskało sprawność konwersji<br />
fotowoltaicznej E ff<br />
= 13% oraz współczynnik wypełnienia charakterystyki<br />
FF= 0,74, co można uznać za poziom zadowalający.<br />
Rys. 4. Parametry polikrystalicznego ogniwa PV wytworzonego na<br />
krzemowym podłożu bazowym pochodzącym z odzysku<br />
gdzie: I sc<br />
–prąd zwarcia, V oc<br />
– napięcie obwodu otwartego,<br />
P m<br />
– wartość mocy maksymalnej, FF – współczynnik wypełnienia,<br />
E ff<br />
– sprawność konwersji.<br />
Wartości otrzymanych wyników pomiarowych potwierdzają, iż<br />
recykling krzemowych ogniw PV jest możliwy, a parametry uzyskiwane<br />
przez ogniwa wytworzone na odzyskanych krzemowych<br />
podłożach bazowych są nie gorsze jak te, które osiągają ogniwa<br />
PV wytwarzane na podłożach pierwszego użycia. Ponadto uzyskiwane<br />
wysokie wskaźniku recyklingu krzemowych ogniw i modułów<br />
fotowoltaicznych przemawiają za powszechnym wykorzystaniem<br />
tego typu możliwości.<br />
Serdeczne podziękowania składam kierownikowi oraz pracownikom<br />
Laboratorium Fotowoltaicznego w Kozach, a także Pani<br />
E. Klugmann-Radziemskiej pr<strong>of</strong>. nadzw. Politechniki Gdańskiej<br />
za owocną współpracę i życzliwość.<br />
Literatura<br />
[1] Flynn H., Bradford T.: Silicon Shortage: Supply Constrains Limit PV<br />
Growth Until 2008, Renewable Energy World, July 2006.<br />
[2] Klugmann-Radziemska E., P. Ostrowski, K. Drabczyk, P, Panek, M. Szkodo:<br />
Experimental Validation <strong>of</strong> <strong>the</strong> Chemical Recycling <strong>of</strong> Crystalline<br />
Silicon Solar Cells, Solar Energy Materials & Solar Cells 94 (2010).<br />
[3] Radziemska E., P. Ostrowski, F. Kozera: Sposób i urządzenie do kontrolowanego<br />
i automatycznego odzysku materiałów z krzemowych<br />
ogniw fotowoltaicznych. Zgłoszenie patentowe z dnia 10.11.2009.<br />
[4] Radziemska E., P. Ostrowski, A. Cenian, M. Sawczak: Chemical<br />
Thermal and Laser Processes in Recycling <strong>of</strong> Photovoltaic Solar<br />
Cells and Modules. Ecological Chemistry and Engineering S 2010,<br />
Vol 17, No.3, 385–391.<br />
[5] Klugmann –Radziemska E., Ostrowski P.: Chemical Treatment <strong>of</strong><br />
Crystalline Silicon Solar Cells as a Method <strong>of</strong> Recovering Pure Silicon<br />
From Photovoltaic Modules. Renewable Energy 2010, Vol. 35/8<br />
pp. 1751–1759, A.A.M. Saigh – USA: Elsevier, ISSN 0960-1481.<br />
Elektronika 6/2012 93