Door het toepassen van specifieke materialen, de zogenaamde halfgeleiders, kunnen de fotovoltaïsche cellen op een zonnepaneel zonne-energie omzetten in elektriciteit. Halfgeleidermaterialen dragen slechts voor een klein deel bij tot het gewicht van een zonnepaneel (tussen de 1 en 2%). Door de toepassing van nieuwe productieprocessen en technologieën zullen fabrikanten van PV-panelen nog dunnere lagen halfgeleiders gaan gebruiken.

Het meestgebruikte halfgeleidermateriaal voor de constructie van fotovoltaïsche cellen is silicium. Monokristallijn, multikristallijn en vormloos (of amorf) silicium wordt hiervoor gebruikt.

Andere gebruikte materialen voor de bouw van fotovoltaïsche cellen zijn polykristallijne dunne films zoals: koper-indium selenide (CIS), koper indium gallium (di) selenium (CIGS), en cadmiumtelluride (CdTe) (PV CYCLE, 2013a).

Algemeen

Monokristallijne, multi- en polykristallijne, en vormloze silicium PV-panelen. Na de voorbehandeling (het verwijderen van het frame en de verbindingendoos) en vershreddering (versnippering) & sortering worden de resulterende afvalfracties verwerkt in een vlakglas- en een semiconductorenrecyclagelijn. De in dit recyclageproces gevormde fracties zijn ferro en non-ferro metalen, glas, siliconen en kunststof. Het totaal gemiddelde recyclagequotum ligt tussen 80 en 90% (o.b.v. gewicht en afhankelijk van de recyclagetechnologie). Het van PV-modules afkomstige glas wordt gemengd met standaard glasscherven. Deze verwerkte glasstroom vindt gedeeltelijk een toepassing in glasvezel of isolatieproducten en gedeeltelijk in glazen verpakkingsproducten. De metalen, silicium en kunststoffen kunnen worden gebruikt voor de productie van nieuwe grondstoffen (PV CYCLE, 2013a).

Niet-silicium PV-panelen (bv. CIS[1], CIGS[2] & CdTe[3]). Hierbij vereist het recyclageproces het gebruik van verschillende technologieën, afhankelijk van het type halfgeleider dat in het zonnepaneel gebruikt is. Alle types worden eerst vermalen en gesorteerd in verschillende fracties. De glasfractie wordt op gelijke wijze als bij silicium PV-panelen verwerkt.

• Panelen met CadmiumTelluride (CdTe) worden vervolgens ondergedompeld in chemische baden om de verschillende halfgeleidende materialen te scheiden. Hierdoor is een recuperatie van 95% van de halfgeleidercomponenten mogelijk. Recyclagetechnologieën voor dit type panelen zijn in de afgelopen jaren sterk toegenomen. Dit proces is schematisch weergegeven in Figuur 1.
• Voor fotovoltaïsche modules gebruik makend van halfgeleiders uit koper indium selenide (CIS) en koper indium gallium (di) selenium (CIGS) wordt een behandeling in een vergelijkbaar chemisch bad toegepast.

Figuur 1: Een schematisch overzicht van een CdTe-PV-paneelrecyclageproces (UNEP, 2013)

Enkele mogelijke recyclagetechnologieën

Palitzsch en Loser (2010b) ontwikkelden een methode voor de terugwinning van de metalen uit, bij voorkeur gebroken, kristallijne siliciumcellen, door een afvalarme demetallisering. Door middel van een oplossing van aluminiumhydroxidechloride en water kan het aluminium op de achterkant van een zonnecel tegelijkertijd met poly-aluminium-hydroxide-chloride gewonnen worden. Dit poly-aluminium-hydroxide-chloride wordt gebruikt in de papierindustrie, maar ook in toepassingen voor afvalwaterbehandeling. De chemische reactie is zeer eenvoudig en werkt volgens Palitzsch en Loser (2010b) beter dan de normale behandeling met natriumhydroxide. De siliciumcellen worden verwijderd en kunnen verder behandeld worden. Het resterende zilver kan dan m.b.v. salpeterzuur worden opgelost.

Loser Chemie heeft dan weer een universeel gebruikt chemisch proces dat bij kamertemperatuur werkt en gebruikt kan worden om metalen terug te winnen uit CIS, CIGS en CdTe PV afval. Het glas wordt mechanisch van de cel gedemonteerd, schoongemaakt en onderzocht op eventueel aanwezige contaminanten.

Saperatec gebruikt gebroken of afgedankte CdTe- en CIGS-modules die behandeld worden met een oplossing die een mix van tensides bevat. Dit laat toe dat de recycleerbare fracties van het glas gescheiden kunnen worden, om vervolgens in een filter te worden verzameld. De recycleerbare fractie kan dan naar verdere behandeling gaan, en het glas gaat naar een zuiveringstank.

SolarCycle GmbH heeft een methode ontworpen waarbij 85% van het inputmateriaal aan kristallijn CIS en CIGS PV afval gerecupereerd kan worden. Dit proces omvat een koppeling van thermische, fysische en chemische processen.

First Solar recycleert dunnefilmmodules zoals CIGS. Het grootste aandeel van het gerecupereerde material is productieafval, tesamen met een kleine hoeveelheid panelen die via garantie zijn teruggekomen. In dit proces wordt PV-afval vermalen, waarna de semiconductorenfilm afgescheiden wordt door middel van zuur en waterstofperoxide. De glasfractie wordt dan gescheiden van de vloeistof. De firma rapporteert een recuperatie van 90% van het glas en 95% van de halfgeleidermaterialen.

Figuur 2: Containerbad in een pilootinstallatie voor de oplossing van semiconductorlagen van de fotovoltaïsche cellen (PES, s.d.)