Recycler la poussière de silicium pour réduire les déchets dus aux panneaux solaires
Les tranches de silicium, qui sont des semi-conducteurs extrêmement fins utilisés dans la fabrication des panneaux solaires, sont produites en découpant en tranches de grands blocs de silicium. Mais ce procédé génère beaucoup de déchets, car jusqu'à 50 % du précieux matériau original est perdu lors du sciage industriel, sous forme de poussière fine de silicium. Dans le cadre du projet SIKELOR, des scientifiques financés par l'UE ont cherché des moyens pour recycler la poussière de silicium et réduire ainsi les déchets dans une industrie déjà sous la pression de producteurs à bas coût non européens. «L'épaisseur de la tranche de silicium est de l'ordre de 10 à 20 microns et l'épaisseur du fil de sciage est quasiment la même. Cela signifie qu'environ la moitié du matériau est perdue à cause du sciage», déclare Sven Eckert, coordinateur du projet et physicien au Centre Heimholtz de Dresde-Rossendorf. Le principal objectif de l'équipe, composée de chercheurs universitaires et industriels, était de développer un processus unique pour compacter et fondre les coûteux déchets de silicium et éliminer les impuretés, afin de pouvoir les réutiliser dans la fabrication de panneaux solaires. «Les impuretés réduisent l'efficacité des panneaux solaires. Il faut des matériaux très propres à l'issue du processus de recyclage», déclare le Dr Eckert. Compactage et fusion L'équipe a commencé par développer un procédé pour compacter la poudre fine sous forme de granulés. Mais cela «n'est pas si simple» fait remarquer le Dr Eckert, car ces minuscules particules présentent un risque d'explosions dangereuses, et il n'est pas facile de les compacter. GARBO, un partenaire du projet installé en Italie et spécialisé dans la purification du silicium recyclé, a l'expertise nécessaire pour produire ces granulés de façon sécurisée. Les particules de carbone contenues dans la poussière produisent cependant de petites particules de carbure de silicium qui constituent un déchet durant le processus de fusion. Ces particules doivent être éliminées, tout en maintenant aussi bas que possible le taux d'oxydation de la surface de la poudre de silicium afin d'empêcher la formation de dioxyde de silicium. Le consortium du projet a utilisé un chauffage par induction pour fondre les granulés et éliminer les impuretés. L'application d'un champ magnétique à haute fréquence met en mouvement la matière fondue conductrice d'électricité et «brasse» le mélange de façon efficace, ce qui réduit son contenu en oxygène. «La fusion est bonne pour la désoxydation mais s'il y a du carbure de silicium dans la matière fondue, il faut la purifier en appliquant un champ magnétique à haute fréquence réglé de façon appropriée», explique le Dr Eckert. À ce stade, les impuretés de carbure de silicium sont expulsées et déposées sur les bords du creuset, où elles peuvent être retirées. Une réduction de la perte sur les blocs de silicium Utilisé dans les cellules photovoltaïques, le silicium est relativement efficace pour convertir l'énergie solaire en électricité. L'essentiel de l'énergie est consommé pour la production du silicium lui-même et une grande quantité de ce matériau est perdue sous forme de sciure, fait remarquer le Dr Eckert. Grâce au procédé développé par les scientifiques du projet, cette perte passe d'environ 50 % à 5-10 % au total, ce qui représente une économie considérable qui améliorera la compétitivité de l'industrie photovoltaïque européenne. Un démonstrateur a été mis en place à l'Université de Padoue en Italie, afin d'effectuer des expériences pour montrer la fiabilité de la technologie, avant de démarrer l'adaptation du procédé à une utilisation industrielle.
Mots‑clés
SIKELOR, déchets de silicium, énergie solaire, énergie, recyclage
