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Im Laufe einer etwa 20-jährigen Nutzung liefern PV-Anlagen nach und nach immer weniger Strom und werden daher ausgetauscht. Das hat zur Folge, dass derzeit zunehmend ausgemusterte Photovoltaik-Module zu recyceln sind. Neben Werkstoffen wie Aluminium, Glas und Kupfer, die selbstverständlich wieder genutzt werden, enthalten die Altmodule zehntausende Tonnen Silizium. Dieses Halbleitermaterial als Hauptbestandteil der Solarzellen konnte bisher nicht wiederverwendet werden, denn es fehlte an einer technischen Lösung zur Aufbereitung und Rückgewinnung des enthaltenen Siliziums. Welche Größenordnung sich dahinter verbirgt, zeigen folgende Zahlen: Bereits 2021 betrug die insgesamt installierte Menge an PV-Modulen in Deutschland ungefähr fünf Millionen Tonnen, der Siliziumanteil beträgt dabei 150.000 Tonnen.

Eine Arbeitsgruppe des Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik (CSP) und des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) hat nun gemeinsam mit Reiling, einem großen Recyclingunternehmen für PV-Module, ein geeignetes Verfahren entwickelt. Die neue Methode erlaubt es, das Silizium der Module im industriellen Maßstab wiederzuverwerten und zur Herstellung neuer PERC-Solarzellen zu nutzen. Ziel der Entwickler war es, einen skalierbaren Prozess zu entwickeln, der wirtschaftlich ist und für die Praxis in der Recyclingindustrie einsetzbar ist.

Während des mechanischen Aufbereitungsprozesses werden die Solarzellenbruchstücke abgetrennt und gesammelt. Die Zellbruchstücke im Größenbereich von 0,1 bis 1 Millimeter werden in einem ersten Schritt durch verschiedene Sortierverfahren von Glas und Kunststoff befreit. Durch nasschemisches Ätzen werden danach die Rückseitenkontakte, die Silberkontakte, der Antireflexschicht und letztendlich der Emitter schrittweise entfernt. Das auf diese Weise gereinigte Silizium wird in Standardprozessen zu monokristallinen oder quasi-monokristallinen Blöcken (Ingots) verarbeitet und anschließend zu Wafern weiterverarbeitet.

Die Kristallisation erfolgt mit 100 Prozent Recycling-Silizium ohne Zusatz von kommerziellem Reinstsilizium. Die Wafer wurden am Photovoltaic Technology Evaluation Center (PV-TEC) des Fraunhofer ISE zu PERC-Solarzellen verarbeitet, deren Zellwirkungsgrad im ersten Versuch bei 19,7 Prozent lag. „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", freut sich Prof. Dr. Peter Dold, Projektleiter am Fraunhofer CSP.

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