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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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 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.
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.
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.