Recycling von Silizium soll Herstellungskosten für Solarzellen senken
Bei der Herstellung von Solarsensoren für Photovoltaikanlagen geht fast die Hälfte des wertvollen Siliziums als Sägestaub verloren. Dieser ist verunreinigt und bislang kaum zu retten. Ein neuer Recyclingprozess soll dies nun ändern.
Physiker am HZDR testen, wie unterschiedlich eingestellte Magnetfelder auf Flüssigmetalle wirken. Wenn der Recyclingprozess ausgereift ist, soll berührungsloses Rühren Verschmutzungen aus dem Silizium lösen.
Foto: Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf
Die Solarsensoren der meisten Photovoltaik-Anlagen bestehen aus Silizium. Doch bei der Herstellung geht fast die Hälfte des Materials als Sägestaub verloren, wenn große Kristalle in feine Scheiben, die sogenannten Wafer, zerteilt werden.
Den wertvollen Sägestaub zu recyceln ist schwierig. Er ist mit Gleitflüssigkeit verunreinigt, die die Lebensdauer des Sägedrahts erhöht. Einschmelzen reicht nicht aus. Dann befinden sich in der Form so viele Verunreinigungen, dass daraus hergestellte Solarzellen einen niedrigen Wirkungsgrad hätten.
Ein internationales Forscherteam will das jetzt ändern. Im EU-Projekt Sikelor entwickeln sie einen industrietauglichen Recyclingprozess. Dieser soll es möglich machen, dass sich Solarzellen aus Silizium zur Hälfte des Neuwarenpreises herstellen lassen.
Geheimnis liegt im elektromagnetischen Rühren
Spezialisten für diese vermeintlich schlichte Technik sind Forscher am Institut für Fluiddynamik am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR). Sie schmelzen Silizium bei einer Temperatur von 1410 Grad Celsius. Die flüssige Masse wird dann so gerührt, dass Fremdpartikel an eine Stelle des Behälters gespült werden. „Es gibt viele verschiedene Arten zu rühren“, sagt Gunter Gerbeth, einer der beteiligten Wissenschaftler. „Man kann alles gleichmäßig vermischen oder die Inhaltsstoffe lenken.“ Rührstäbe können allerdings nicht eingesetzt werden, da es kaum Werkstoffe gibt, die derart hohe Temperaturen aushalten. Außerdem könnten zusätzliche Verunreinigungen eingetragen werden.
Gerbeth und seine Kollegen rühren, ohne die Flüssigkeit zu berühren. Das geschieht mit einem elektromagnetischen Wechselfeld, das Spulen außerhalb des Keramikbehälters erzeugen. Es wird vom flüssigen Silizium aufgefangen, sodass es gewissermaßen zu tanzen beginnt. Das Feld so zu steuern, dass dieser Tanz zu einer Trennung von Silizium und Schmutz führt, ist die Kunst der Dresdner Wissenschaftler.
EU fördert Projekt mit 1,4 Millionen Euro
Zuerst experimentieren die Wissenschaftler mit einer Modellflüssigkeit. Wenn sie den richtigen Rhythmus gefunden haben, übernehmen Forscher der Universität Padua. Dort wird ein Demonstrator gebaut, in dem echtes Abfall-Silizium recycelt wird. Das Chemnitzer Unternehmen EAAT liefert die Spulen, die sowohl fürs Rühren als auch fürs Erhitzen des Siliziums sorgen.
Der Bedarf an recyceltem Silizium wird in Zukunft gewaltig sein. Experten glauben, dass auf lange Sicht allein in Deutschland Solarkraftwerke mit einer Gesamtleitung von 200 Gigawatt installiert werden. Heute sind es 32 Gigawatt. Die EU fördert das auf drei Jahre ausgelegte Projekt mit 1,4 Millionen Euro.
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