Riciclare la polvere di silicio per ridurre gli scarti dei pannelli solari
I wafer di silicio – semiconduttori ultrasottili usati nella fabbricazione dei pannelli solari – vengono prodotti mediante il taglio di grandi blocchi di silicio. Il processo comporta tuttavia degli sprechi, con fino al 50 % del prezioso materiale originale che va perduto come polvere di silicio durante il processo industriale di taglio. Ricercatori finanziati dall’UE, nell’ambito del progetto SIKELOR, hanno cercato dei modi per riciclare la polvere di silicio e ridurre così gli scarti in un’industria già messa sotto pressione dai fabbricanti a buon mercato al di fuori dell’Europa. “Lo spessore del wafer di silicio varia all’incirca tra 10 e 20 micron e lo spessore del filo di taglio è quasi lo stesso. Questo significa che circa metà del materiale rimane come perdita dovuta al taglio,” dice il coordinatore del progetto Sven Eckert, un fisico del Heimholtz Centre Dresden-Rossendorf. L’obiettivo principale del team, composto sia da accademici che da ricercatori dell’industria, era quello di sviluppare un singolo processo per compattare e fondere I costosi scarti di silicio e separare le impurità, in modo da poterli riutilizzare nella fabbricazione dei pannelli solari. “Le impurità riducono l’efficienza dei pannelli solari. Si vogliono ottenere dei materiali molto puliti alla fine del processo di riciclaggio,” dice il dott. Eckert. Compattazione e fusione Il team ha per prima cosa sviluppato un processo per compattare la polvere fine in palline. Ma questo “non è così semplice”, fa notare il dott. Eckert, dato che le minuscole particelle presentano un rischio di pericolose esplosioni, e non sono così facili da compattare. Il partner del progetto GARBO, Italia, che è specializzato nel purificare il silicio riciclato, possiede le competenze per produrre in sicurezza queste palline. Tuttavia, le particelle di carbonio nella polvere producono piccole particelle solide di carburo di silicio come prodotto di scarto durante il processo di fusione che devono essere rimosse, mantenendo allo stesso tempo il tasso di ossidazione sulla superficie della polvere di silicio il più basso possibile per prevenire la formazione di biossido di silicio. Il consorzio del progetto ha utilizzato il riscaldamento a induzione per fondere le palline e rimuovere le impurità. Il campo magnetico ad alta frequenza applicato attiva la fusione con conduzione elettrica, “mescolando” in modo efficace la miscela, e questo riduce il contenuto di ossigeno nella fusione. “La fusione è valida per la deossidazione, ma in caso di presenza di carburo di silicio nella miscela, allora per la purificazione diventa necessario un campo magnetico ad alta frequenza adeguatamente regolato,” dice il dott. Eckert. Le impurità di carburo di silicio vengono espulse e si depositano sui bordi del crogiolo durante questa fase, dove possono essere eliminate. Ridotta la perdita dal blocco di silicio Il silicio è relativamente efficiente nel trasformare l’energia proveniente dalla luce solare in elettricità nelle celle fotovoltaiche. La maggior parte dell’energia è utilizzata proprio nella produzione del silicio, e una grande quantità di materiale va persa sotto forma di segatura, fa notare il dott. Eckert. Nel processo sviluppato dagli scienziati del progetto, questa perdita viene ridotta da circa il 50 % del blocco di silicio, ad appena il 5-10 % complessivamente, ossia un risparmio notevole che migliorerà la competitività dell’industria fotovoltaica dell’Europa. Prima di iniziare il lavoro per portare il processo su scala industriale, è stato costruito un dimostratore all’Università di Padova in Italia per effettuare degli esperimenti per dimostrare l’affidabilità della tecnologia.
Parole chiave
SIKELOR, scarti di silicio, energia solare, energia, riciclaggio