Equipo transforma silicio solar usado en nitruro de silicio

El marco de aluminio y la caja de conexiones se retiraron de un único módulo solar Suntech STP200-18/Ub antes de que los investigadores cortaran su laminado en piezas del tamaño de una célula. A partir de ese equipo al final de su vida útil, un equipo surcoreano produjo nitruro de silicio (Si₃N₄), una cerámica de alto valor, tras recuperar y purificar el silicio.

El proceso depende de separar varios tipos de residuos sin atraparlos en el polvo de silicio. Después de utilizar una cuchilla caliente para separar el vidrio, el equipo trituró el laminado de etileno-acetato de vinilo (EVA) a 400 rpm, 600 rpm o 800 rpm. Los tamices retiraron fragmentos de la lámina posterior y restos de EVA, mientras que la combustión a 600 C durante una hora eliminó el material orgánico restante. El ácido clorhídrico actuó sobre el aluminio, el cobre, el estaño y el plomo; el ácido nítrico disolvió la plata. A continuación, una etapa de decantación en agua retiró el dióxido de titanio (TiO₂) de la lámina posterior.

Una mayor intensidad no produjo un silicio más limpio. A 800 rpm, la fuerte aglomeración de partículas dejó 4.290 ppm de aluminio después del ataque con ácido clorhídrico; a 400 rpm, el residuo fue de 189 ppm. Los investigadores seleccionaron el polvo triturado a 400 rpm para la siguiente etapa, lo que demuestra por qué el reciclaje no puede optimizarse simplemente triturando con mayor intensidad.

En 5 minutos, la etapa de sedimentación eliminó el 71,4 % del TiO₂ y mantuvo una tasa de recuperación del silicio del 92,3 %. Una vez controladas las impurezas, el silicio reciclado alcanzó una pureza del 99,95 %. Después, el polvo se calentó con un 95 % de nitrógeno y un 5 % de hidrógeno, primero a 1.350 C durante una hora y luego a 1.450 C durante 10 minutos. El nitruro de silicio resultante contenía un 93,1 % de α-Si₃N₄, frente al 54,7 % cuando se omitía la purificación adicional. Esto es importante porque la cerámica es valorada por su resistencia, estabilidad térmica, resistencia al desgaste y aislamiento eléctrico.

En términos concretos, el proceso podría proporcionar a los recicladores de paneles solares un uso de mayor valor para el silicio recuperado, en lugar de tratarlo únicamente como una materia prima secundaria. La tecnología sigue siendo una prueba de concepto basada en un solo módulo, y todavía no es un proceso escalable práctico. Jin-Seok Lee afirmó que el equipo trabaja con la empresa coreana de reciclaje Wonkwang S&T en un reciclaje móvil más cerca del lugar donde se desechan los módulos, con el objetivo de reducir los costes de transporte aproximadamente un 30 % y las emisiones de carbono en más de un 10 % frente al reciclaje centralizado convencional.