Une équipe transforme du silicium solaire usagé en nitrure de silicium

Le cadre en aluminium et le boîtier de jonction ont été retirés d’un unique module solaire Suntech STP200-18/Ub avant que les chercheurs ne découpent son stratifié en morceaux de la taille des cellules. À partir de ce matériel en fin de vie, une équipe sud-coréenne a produit du nitrure de silicium (Si₃N₄), une céramique à forte valeur ajoutée, après avoir récupéré et purifié le silicium.

Le procédé repose sur la séparation de plusieurs types de déchets, afin qu’ils ne restent pas piégés dans la poudre de silicium. Après avoir séparé le verre avec un couteau chauffant, l’équipe a broyé le stratifié en éthylène-acétate de vinyle (EVA) à 400 tr/min, 600 tr/min ou 800 tr/min. Des tamis ont éliminé les fragments de feuille arrière et les résidus d’EVA, tandis qu’une combustion à 600 °C pendant une heure a supprimé les dernières matières organiques. L’acide chlorhydrique ciblait l’aluminium, le cuivre, l’étain et le plomb ; l’acide nitrique dissolvait l’argent. Une étape de décantation dans l’eau a ensuite éliminé le dioxyde de titane (TiO₂) de la feuille arrière.

Une force plus élevée n’a pas produit un silicium plus propre. À 800 tr/min, une forte agglomération des particules a laissé 4 290 ppm d’aluminium après l’attaque à l’acide chlorhydrique ; à 400 tr/min, le résidu n’était que de 189 ppm. Les chercheurs ont retenu la poudre issue du broyage à 400 tr/min pour l’étape suivante, montrant que le recyclage ne peut pas être optimisé en broyant simplement plus intensément.

En 5 minutes, l’étape de sédimentation a éliminé 71,4 % du TiO₂ tout en conservant un taux de récupération du silicium de 92,3 %. Une fois les impuretés maîtrisées, le silicium recyclé a atteint une pureté de 99,95 %. La poudre a ensuite été chauffée sous 95 % d’azote et 5 % d’hydrogène, d’abord à 1 350 °C pendant une heure, puis à 1 450 °C pendant 10 minutes. Le nitrure de silicium obtenu contenait 93,1 % d’α-Si₃N₄, contre 54,7 % lorsque la purification supplémentaire était omise. Ce résultat est important, car la céramique est appréciée pour sa résistance, sa stabilité thermique, sa résistance à l’usure et ses propriétés d’isolation électrique.

Concrètement, ce procédé pourrait offrir aux recycleurs de panneaux solaires un débouché à plus forte valeur pour le silicium récupéré, au lieu de le considérer uniquement comme une matière première secondaire. La technologie reste une preuve de concept fondée sur un seul module et ne constitue pas encore un procédé pratique et extensible. Jin-Seok Lee a déclaré que l’équipe travaillait avec le recycleur coréen Wonkwang S&T sur un recyclage mobile plus proche des lieux de mise au rebut des modules, avec pour objectif de réduire les coûts de transport d’environ 30 % et les émissions de carbone de plus de 10 % par rapport au recyclage centralisé traditionnel.