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The aluminum frame and junction box came off a single Suntech STP200-18/Ub solar module before the researchers cut its laminate into cell-sized pieces. From that end-of-life hardware, a South Korean team produced silicon nitride (Si₃N₄), a high-value ceramic, after recovering and purifying the silicon.
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.
The route depends on separating several kinds of waste without trapping them in the silicon powder. After using a hot knife to separate the glass, the team milled the ethylene-vinyl acetate (EVA) laminate at 400 rpm, 600 rpm or 800 rpm. Sieves removed backsheet fragments and residual EVA, while combustion at 600 C for one hour removed remaining organic material. Hydrochloric acid targeted aluminum, copper, tin and lead; nitric acid dissolved silver. A water-settling step then removed titanium dioxide (TiO₂) from the backsheet.
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.
More force did not mean cleaner silicon. At 800 rpm, severe particle agglomeration left 4,290 ppm of aluminum after hydrochloric-acid etching; at 400 rpm, the residue was 189 ppm. The researchers selected the 400 rpm powder for the next stage, showing why recycling cannot be optimized simply by milling more intensely.
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.
In 5 minutes, the sedimentation step removed 71.4% of the TiO₂ while retaining a silicon recovery rate of 92.3%. After the impurities were controlled, the recycled silicon reached 99.95% purity. The powder was then heated under 95% nitrogen and 5% hydrogen, first at 1,350 C for one hour and then at 1,450 C for 10 minutes. The resulting silicon nitride contained 93.1% α-Si₃N₄, compared with 54.7% when the extra purification was skipped. That matters because the ceramic is valued for its strength, thermal stability, wear resistance and electrical insulation.
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.
Concretely, the process could give solar-panel recyclers a higher-value use for recovered silicon instead of treating it only as a secondary raw material. The technology remains a proof of concept based on a single module, not yet a practical scalable process. Jin-Seok Lee said the team is working with Korean recycler Wonkwang S&T on mobile recycling closer to where modules are discarded, aiming to reduce transportation costs by approximately 30% and carbon emissions by more than 10% compared with conventional centralized recycling.
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.