إعادة تدوير الخلايا الشمسية بطريقة أكثر كفاءة وصديقة للبيئة

باستخدام طريقة جديدة، يمكن استعادة المعادن الثمينة بكفاءة من الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة.

هذا ما أظهره بحث جديد من جامعة تشالمرز للتكنولوجيا ، السويد، تعد هذه الطريقة أيضًا صديقة للبيئة أكثر من طرق إعادة التدوير السابقة وتمهد الطريق لخلايا شمسية أكثر مرونة وكفاءة.

أنواع الخلايا الشمسية

يوجد اليوم نوعان رئيسيان من الخلايا الشمسية، الأكثر شيوعًا هو السليكون، ويمثل 90% من السوق، النوع الآخر يسمى الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة والتي تستخدم بدورها ثلاث تقنيات فرعية رئيسية، أحدها يعرف باسم CIGS (نحاس إنديوم جاليوم سيلينيد)، ويتكون من طبقة من معادن مختلفة، بما في ذلك الإنديوم والفضة.

تعد الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة الأكثر فاعلية من التقنيات المتاحة تجاريًا اليوم،. يمكن أيضًا جعلها قابلة للانحناء وقابلة للتكيف، مما يعني أنه يمكن استخدامها في العديد من المجالات المختلفة.

زيادة الطلب وارتفاع النفايات

المشكلة هي أن الطلب على الإنديوم والفضة مرتفع، ويرافق زيادة الإنتاج كمية متزايدة من نفايات الإنتاج، والتي تحتوي على خليط من المعادن القيمة والمواد الخطرة، وبالتالي، فإن القدرة على فصل المعادن الجذابة عن المواد الأخرى تصبح ذات قيمة كبيرة، من الناحيتين الاقتصادية والبيئية، حيث يمكن إعادة استخدامها في منتجات جديدة.

إيوانا تيكنيتزي، بقسم الكيمياء والهندسة الكيميائية، قامت مع Burcak Ebin و Stellan Holgersson بنشر نتائجهم الجديدة في مجلة Solar Energy Materials and Solar Cells.

إزالة أي تلوث وإعادة التدوير

حيث تقول إيوانا “من الضروري إزالة أي تلوث وإعادة التدوير، بحيث تصبح المادة نظيفة قدر الإمكان مرة أخرى، وحتى الآن، تم استخدام الحرارة العالية وكمية كبيرة من المواد الكيميائية لتحقيق النجاح، وهي عملية مكلفة وليست صديقة للبيئة أيضًا”.

يظهر بحثهم الآن أن عملية إعادة التدوير الأكثر صداقة للبيئة يمكن أن يكون لها نفس النتيجة.

طريقة الترشيح

كما يقول تيكنيتزي “لقد أخذنا في الاعتبار ظروف إعادة التدوير النقية والصديقة للبيئة، ودرسنا كيفية فصل المعادن في الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة في المحاليل الحمضية من خلال طريقة” ألطف”، لاستخدام طريقة تسمى الترشيح، وعلينا أيضًا استخدام المواد الكيميائية، ولكن لم يكن قريبًا من طرق الترشيح السابقة،  للتحقق من نقاء الإنديوم والفضة المستعاد، قمنا أيضًا بقياس تركيزات الشوائب المحتملة، ورأينا أن التحسين يمكن أن يقلل من هذه.

أظهر الباحثون أنه من الممكن استعادة 100٪ من الفضة وحوالي 85٪ من الإنديوم. تتم العملية في درجة حرارة الغرفة دون إضافة حرارة.

كما يقول إيبين، “يستغرق الأمر يومًا واحدًا، وهو أطول قليلاً من الطرق التقليدية، ولكن باستخدام طريقتنا، تصبح أكثر فعالية من حيث التكلفة وأفضل للبيئة، نأمل أن يتم استخدام بحثنا كمرجع لتحسين عملية إعادة التدوير وتمهيد طريقة استخدام الطريقة على نطاق أوسع في المستقبل”.

طريقة النض

يتم تحليل الفيلم من الخلية الشمسية فيما يتعلق بالمواد والتركيب الكيميائي وحجم الجسيمات وسمكها، توضع الخلية الشمسية في وعاء به محلول حمضي بدرجة الحرارة المرغوبة، يستخدم التحريض لتسهيل إذابة المعادن في المحلول الحمضي، هذه العملية تسمى النض.

يتم تقييم فعالية النض، والتفاعلات الكيميائية من خلال تحليل العينات المأخوذة في أوقات محددة أثناء عملية الترشيح، يتم ترشيح المعادن المختلفة في أوقات مختلفة، وهذا يعني أنه يمكن إيقاف العملية قبل أن تبدأ جميع المعادن في الذوبان، مما يساهم بدوره في تحقيق درجة نقاء أعلى.

عند اكتمال النض، تكون المعادن المرغوبة في المحلول على شكل أيونات ويمكن تنقيتها بسهولة لإعادة استخدامها في تصنيع خلايا شمسية جديدة.