Des chercheurs ont optimisé un procédé de récupération d'argent et de silicium de haute pureté, facilitant ainsi son industrialisation. Ce procédé permettra de réduire la consommation de matières premières et d'énergie, favorisant le recyclage des modules solaires, essentiels à un système énergétique durable.
Jusqu'à récemment, le recyclage des modules photovoltaïques était une préoccupation mineure dans le secteur, compte tenu de la faible pénétration de l'énergie solaire à l'échelle mondiale. Cependant, l'augmentation spectaculaire de la capacité installée ces dernières années, conjuguée aux prévisions de croissance pour les décennies à venir, laisse présager un scénario où un nombre croissant de modules en fin de vie seront mis hors service environ 25 ans après leur installation. Les prévisions les plus prudentes indiquent qu'environ 400 millions de modules auront été mis hors service d'ici 2030, un chiffre qui dépassera les 10 milliards d'ici 2050.
Un module photovoltaïque est constitué d'une série de cellules solaires interconnectées, intégrées dans des feuilles de polymère et collées sur du verre pour les protéger des intempéries (humidité, rayonnement ultraviolet). Le verre, associé à un cadre en aluminium, assure la rigidité nécessaire à l'installation et la résistance aux chocs, aux charges de vent, etc. Concevoir un module résistant à la dégradation et au vieillissement, et garantissant son fonctionnement pendant des décennies, rend la séparation et la récupération des matériaux complexes une fois sa durée de vie utile atteinte.
Le chercheur principal tient une feuille enroulée de cellules solaires encapsulées après les avoir séparées de la vitre avant. Auteur : David Fuertes Marrón.
Actuellement, de nombreuses méthodes de recyclage des modules solaires sont proposées, faisant appel à des procédés mécaniques, thermiques ou chimiques. Certaines sont très avancées, notamment celles ciblant les composants les plus lourds, comme le verre et le cadre en aluminium. Cependant, ce niveau de développement n'est pas encore atteint pour les contacts métalliques et le silicium qui constituent les cellules solaires, éléments les plus énergivores et les plus polluants. De plus, la qualité des matériaux récupérés est souvent insuffisante pour leur réintégration dans la chaîne de valeur photovoltaïque.
Dans le cadre du projet RESILIENS, financé par l'Agence nationale espagnole de la recherche (AERIS) via son appel à projets pour la transition écologique et numérique (TED), quatre institutions collaborent à la mise au point d'une technologie viable, économique et durable permettant la récupération du silicium et des métaux contenus dans les dispositifs photovoltaïques mis au rebut et leur réutilisation dans la fabrication de nouvelles cellules solaires. Coordonné par des chercheurs de l'Institut de l'énergie solaire de l'Université polytechnique de Madrid (UPM), le projet réunit également des chercheurs du département de génie chimique de l'Université Complutense de Madrid (UCM), de la faculté des sciences de l'Université autonome de Madrid (UAM et d'IMDEA Nanociencia.
« Les résultats obtenus à ce jour valident notre stratégie », déclare Carlos del Cañizo, chercheur à l'IES-UPM et responsable du projet. « Nous avons optimisé un procédé de démétallisation qui récupère l'argent à l'état solide et permet d'atteindre un compromis optimal entre la récupération du métal et la préservation du substrat de silicium. Nous avons également démontré que la réinjection du silicium lors de la cristallisation garantit l'obtention d'un silicium d'une pureté suffisante pour la fabrication de cellules solaires à haut rendement. Ce procédé adapte les propriétés du silicium obtenu aux exigences actuelles de l'industrie, transformant par exemple le silicium multicristallin en silicium monocristallin », explique le chercheur. Les procédés utilisent des méthodes et des composants bien connus dans l'industrie photovoltaïque (gravure alcaline pour la récupération du métal, croissance Czochralski pour la recristallisation du silicium), ce qui facilite la transposition des résultats à l'échelle industrielle. « Il reste encore du travail à faire pour démontrer la validité des méthodes proposées pour la grande variété de technologies cellulaires disponibles sur le marché, ainsi que pour analyser leur compatibilité avec les encapsulants utilisés dans l'industrie », conclut Carlos del Cañizo, chercheur principal du projet.
Le projet RESILIENS aura un impact direct sur la réduction du traitement des matières premières et de la consommation d'énergie et facilitera le recyclage d'un produit commercial, le module solaire, qui deviendra bientôt omniprésent comme principale source de production d'énergie durable.
Marcos Tierno, Julia Hernández Ruiz, Sergio Taboada, Eduardo Díez, Araceli Rodríguez, Luis Jaime Caballero, Nerea Dasilva Villanueva, David Fuertes Marrón, Nikolay V. Abrosimov, Carlos del Cañizo. Validation des procédés de recyclage pour la démétallisation et la recristallisation des cellules solaires en silicium. Énergie solaire, volume 274, 2024, 112533, ISSN 0038-092X, https://doi.org/10.1016/j.solener.2024.112533 .
