Científicos indios fabrican lingotes de polisilicio de gran pureza a partir de células fotovoltaicas recicladas

Investigadores de la Academia de Investigación Científica e Innovadora (AcSIR) y del Laboratorio Nacional de Física CSIR de Nueva Delhi (India) han utilizado la técnica SPS para producir lingotes de polisilicio a partir de células solares recicladas de módulos fotovoltaicos fuera de uso. Afirman haber producido lingotes de pequeño tamaño con niveles de pureza del 98% al 99%.

Estos niveles de pureza superan ligeramente el nivel de pureza 3N, que, según los científicos, es superior al del silicio de grado metalúrgico. También es “suficientemente bueno” para aplicaciones distintas de las células solares, como materiales para baterías.

“Actualmente estamos trabajando en el proceso de purificación del silicio recuperado para obtener lingotes con un grado de pureza superior a 5N, de modo que puedan utilizarse en la fabricación de nuevas células solares”, declaró el investigador Sushil Kumar a pv magazine. “Se espera completar este trabajo en los próximos meses”.

Los científicos utilizaron una tecnología modificada de prensado en caliente conocida como SPS, que implica el paso de corriente continua pulsada con anchos de pulso de milisegundos, alta corriente y bajo voltaje a través de la herramienta de prensado y el cuerpo sinterizado. Este método permite un calentamiento rápido y tiempos de procesamiento cortos, normalmente de unos pocos minutos. Los investigadores aplicaron específicamente esta técnica para consolidar el polvo de silicio obtenido de las células solares recicladas.

Realizaron el experimento con un módulo solar de 98 cm × 164 cm y 17,18 kg de peso. Utilizaron un tratamiento mecánico para retirar el marco de aluminio (0,62 kg) y la caja de conexiones. A continuación, cortaron las partes restantes del panel en pequeñas piezas de distintos tamaños, desde 9,5 cm × 11 cm hasta 12 cm × 16 cm.

El proceso consistió en tratar térmicamente los trozos de oblea recuperados sobre una placa de acero inoxidable a una temperatura optimizada de 480 °C durante 30 minutos en un horno de mufla, lo que dio como resultado un peso total de 23,04 gramos. Se recuperaron el vidrio, los fragmentos de células de silicio y los cables de conexión, y se eliminaron el encapsulante de EVA y la lámina posterior. Para eliminar la ceniza residual adherida a los trozos de célula, los fragmentos de célula se sometieron a una limpieza ultrasónica con agua destilada caliente durante una hora.

Posteriormente, los investigadores utilizaron SPS para consolidar el polvo a temperaturas que oscilaban entre 1.100 ºC y 1.200 ºC, muy por debajo del punto de fusión del silicio, de 1.410 ºC. Los ciclos de sinterización se llevaron a cabo durante un máximo de 20 minutos en condiciones de vacío.

El equipo indio registró tasas de eliminación del 97,72% para el aluminio y del 99,90% para la plata mediante este proceso. Mediante análisis de fluorescencia de rayos X (XRF), determinaron que los lingotes resultantes alcanzaban un nivel de pureza superior a 3N.

“A pesar de que en la producción se utiliza silicio recuperado de residuos, es muy probable que se puedan producir fácilmente lingotes de una pureza mucho mayor mediante técnicas mejoradas de recuperación y purificación”, concluyeron los académicos.

Presentaron la nueva técnica en “Growth and analysis of polycrystalline silicon ingots using recycled silicon from waste solar module” (Crecimiento y análisis de lingotes de silicio policristalino a partir de silicio reciclado de residuos de módulos solares), que se publicó recientemente en Solar Energy Materials and Solar Cells.