I pannelli solari sono pezzi intricati di tecnologia che si degradano in grandi e ingombranti fogli di rifiuti elettronici alla fine della loro vita. Pensateci: I pannelli solari hanno una durata di vita limitata a 30 anni, motivo per cui i rifiuti globali derivanti dai pannelli solari a fine vita si prevede che raggiungeranno gli 8 milioni di tonnellate entro il 2030 e 80 milioni di tonnellate entro il 2050.

Attualmente la maggior parte del mondo non ha un piano per affrontare questo problema dei rifiuti; tuttavia, un gruppo di scienziati dell’Agenzia per la Scienza, la Tecnologia e la Ricerca (A*STAR) e della Nanyang Technological University di Singapore (NTU Singapore) potrebbe aver trovato una soluzione a questo problema crescente.

I ricercatori hanno sviluppato una tecnologia innovativa in grado di trasformare i pannelli solari scaduti in un nuovo materiale termoelettrico ad alte prestazioni che assorbe il calore e lo converte in elettricità, secondo uno studio pubblicato sulla rivista Materiali avanzati.

Trasformare una limitazione in un’opportunità

Per arrivare al cuore di questo problema, è necessario conoscere l’architettura delle celle solari, che sono gli elementi costitutivi dei pannelli solari. Le celle solari sono composte da silicio, alluminio, rame, argento, piombo e una complicata miscela di altri materiali.

Riciclare questi materiali singolarmente è difficile, per questo le attuali procedure di riciclaggio si concentrano principalmente sul vetro e sulla struttura metallica di supporto, mentre il silicio, che costituisce il 90% delle celle solari, finisce in discarica. Sfortunatamente, il silicio riciclato presenta impurità e difetti che ne impediscono l’utilizzo per la produzione di celle solari funzionali, secondo quanto riportato in un comunicato stampa.

Nell’ultimo studio, i ricercatori hanno deciso di trasformare questa limitazione in opportunità e hanno convertito le vecchie celle solari in materiale termoelettrico potenziato. Questo metodo sfrutta le caratteristiche termoelettriche diverse da quelle delle celle solari, dove la presenza di impurità e difetti tende a migliorare piuttosto che a peggiorare le prestazioni.

È utile nella produzione di componenti per l’energia rinnovabile

Per ottenere questo risultato, i ricercatori hanno utilizzato la tecnologia di macinazione a sfere per ridurre le celle solari in polvere fine, il che ha permesso di conferire al silicio scartato proprietà termoelettriche come la conversione di potenza e l’efficienza di raffreddamento. Successivamente, sono stati aggiunti fosforo e germanio in polvere per modificarne le proprietà originali, prima che la miscela di polveri venisse trattata mediante sinterizzazione al plasma a scintilla ad alto calore e temperatura.

I ricercatori hanno sviluppato un campione con le prestazioni termoelettriche più ottimizzate, con una cifra di merito termoelettrica (zT) da record di 0,45 a 873 K, la migliore tra i termoelettrici al silicio elementare. Si tratta di un risultato estremamente importante, in quanto tali tecnologie potrebbero estendere il ciclo di vita di vari prodotti e ridurre i rifiuti per coltivare un’economia circolare.

“Sfruttando le nostre tecniche di recupero delle risorse e in collaborazione con A*STAR, abbiamo dimostrato che è possibile ottenere materiali preziosi di alta qualità e utili per la produzione di componenti per le energie rinnovabili, che in questo caso è lo sviluppo di un materiale termoelettrico ad alte prestazioni in grado di raccogliere il calore e trasformarlo in elettricità”, ha dichiarato il professore associato Nripan Mathews, autore della ricerca, direttore del Cluster Renewables & Low-Carbon Generation presso l’Energy Research Institute.

Abstract dello studio:
Due decenni dopo la rapida espansione del fotovoltaico, il numero di pannelli solari a fine vita è in aumento. Mentre i metalli preziosi come l’argento e il rame vengono solitamente riciclati, il silicio, che costituisce la maggior parte delle celle solari, finisce in discarica. Ciò è dovuto alla natura sensibile ai difetti e alle impurità della maggior parte delle tecnologie basate sul silicio, che rende antieconomico purificare il silicio di scarto. La termoelettrica rappresenta una rara classe di materiali in cui i difetti e le impurità possono essere ingegnerizzati per migliorare le prestazioni. Ciò è dovuto alla natura a portatore maggioritario, che lo rende tollerante ai difetti e alle impurità. In questo caso, è possibile riciclare il silicio proveniente da rifiuti fotovoltaici (PV) per trasformarlo in termoelettrico. Ciò è possibile drogando l’1% di Ge e il 4% di P, ottenendo una figura di merito (zT) di 0,45 a 873 K, il più alto tra i termoelettrici a base di silicio. Il lavoro rappresenta un importante tassello nella realizzazione di un’economia circolare per il fotovoltaico e i rifiuti elettronici.

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