Die meisten PV-Anlagen wurden in Deutschland nach Angaben des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme in der ersten Ausbauwelle zwischen 2009 und 2011 installiert. „Auf diese wird nach Ende der zwanzig Jahre dauernden Einspeisevergütung ab 2029 absehbar eine erste Entsorgungswelle folgen“, prognostiziert Institutsleiter Prof. Andreas Bett. „Es müssen daher im Vorfeld vernünftige Prozesse und Verfahren zur Rückgewinnung des Siliziums aus ausgedienten Modulen aufgebaut werden.“ Bereits 2021 habe die insgesamt installierte Menge an PV-Modulen in Deutschland ungefähr fünf Millionen Tonnen betragen, mit einem Siliziumanteil von 150.000 Tonnen. Silizium ist als Halbleitermaterial Hauptbestandteil der Solarzellen.
Nebenprodukte des Aufbereitungsprozesses, aus denen die Solarzellenbruchstücke abgetrennt und gesammelt werden (Quelle: Fraunhofer ISE)
Eine Arbeitsgruppe am Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik hat mit der Reiling Unternehmensgruppe deshalb, gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz, ein Verfahren entwickelt, mit dem das Silizium zurückgewonnen werden soll. Möglich ist laut Fraunhofer-Angaben damit das Recycling sämtlicher kristalliner Silizium-PV-Module, unabhängig von Hersteller und Herkunft. Dazu Prof. Peter Dold, Projektleiter am Fraunhofer CSP: „Sonst wäre das für die Recyclingunternehmen ein viel zu großer Aufwand. Es war uns wichtig, einen skalierbaren Prozess zu entwickeln, der auch wirtschaftlich Sinn macht. Im Labor ist vieles möglich, aber unser neues Verfahren sollte sich für die Recyclingindustrie in der Praxis bewähren.“
Gereinigtes Silizium und Wafer aus vollständig recyceltem Silizium (Quelle: Fraunhofer ISE)
Für das Verfahren werden aus Nebenprodukten des bereits etablierten mechanischen Aufbereitungsprozesses die Solarzellenbruchstücke abgetrennt und gesammelt. Die Zellbruchstücke im Größenbereich von 0,1 bis 1 Millimeter werden am Fraunhofer CSP im ersten Schritt durch verschiedene Sortierverfahren von Glas und Kunststoff befreit. Danach erfolgt durch nasschemisches Ätzen die schrittweise Entfernung des Rückseitenkontaktes, der Silberkontakte, der Antireflexschicht und letztendlich des Emitters. Das derart aufgereinigte Silizium wird in Standardprozessen zu monokristallinen oder quasi-monokristallinen Ingots verarbeitet und anschließend zu Wafern weiterprozessiert.
Die Kristallisation erfolgt nach Fraunhofer-Angaben mit 100 Prozent Recycling-Silizium ohne Zusatz von kommerziellem Reinstsilizium. Die Wafer wurden am Fraunhofer ISE im PV-TEC zu PERC-Solarzellen verarbeitet, deren Zellwirkungsgrad im ersten Versuch bei 19,7 Prozent liege. „Das liegt unter dem Wirkungsgrad heutiger Premium PERC-Solarzellen mit circa 22,2 Prozent Wirkungsgrad, aber mit Sicherheit über dem der Solarzellen in den alten, ausgemusterten Modulen“, so Dold über die ersten Ergebnisse.
