A közelmúltban az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumához tartozó Nemzeti Megújuló Energia Laboratórium (NREL) forradalmi áttörést ért el, amikor kifejlesztett egy koncepcionális módszertant, amelynek célja a polimerek teljes eltávolítása a napelemek gyártásából, ami hatékonyabb és hatékonyabb környezetbarát újrahasznosítás.
A napelemeket régóta dicsérik újrahasznosíthatóságuk miatt. A gyártási folyamatban használt vékony műanyagrétegek azonban olyan kihívásokat jelentenek, amelyek akadályozzák az értékes anyagok, például a szilícium és az ezüst hatékony újrahasznosítását.
Ennek a kihívásnak a megoldása érdekében az NREL kutatócsoportja más megközelítést alkalmaz, és innovatív megoldást dolgozott ki az üveg-üveg hegesztés közvetlen napelemekben való megvalósítására.
Ennek a megoldásnak a lényege az infravörös femtoszekundumos lézer technológia hasznosítása. A lézerimpulzus precíz szabályozásával az energia nagyon rövid időn belül a napelem panel egy meghatározott területére fókuszál, így robusztus üveg-üveg hegesztés jön létre. Érdemes megemlíteni, hogy a femtoszekundumos lézertechnológiát már széles körben alkalmazták az orvosi szemsebészet, így például a szürkehályog sebészet területén is, biztonságossága és megbízhatósága teljes körűen igazolt.
A lézeres hegesztéssel teljesen megszűnik a műanyag laminátumok szükségessége a napelemekben, így nagyban leegyszerűsödik az újrahasznosítás folyamata. A panel élettartamának végén ezek a lézerhegesztéssel készült modulok könnyen bonthatók, a bennük lévő üveg- és fémhuzalok gond nélkül újrahasznosíthatók, a szilícium anyag pedig újrahasznosítható.
David Young, az NREL Kémiai és Nanotudományi Tanszékének Hatékony kristályos fotovoltaikus csoportjának vezető tudósa elmondta: "Általános egyetértés van a legtöbb újrahasznosító között abban, hogy a polimerek a fő probléma, amely akadályozza az újrahasznosítási folyamatot. Technológiánk megjelenése minden bizonnyal nyit. teljesen új lehetőségeket kínál a napelemek újrahasznosítására."
A kutatás az IEEE Journal of Photovoltaics című folyóiratban jelent meg. A kutatócsoport rámutat arra, hogy a lézeres hegesztési technológia széles körben alkalmazható, nemcsak szilícium anyagokra, hanem különféle anyagokra is, mint például a kalcit és a kadmium-tellurid. A lézer erősen fókuszált jellege miatt a keletkező hő nagyon kis tartományra korlátozódik, és nem okoz kárt az akkumulátor anyagában. Ugyanakkor az üvegen belüli hegesztési varratok szilárdsága összemérhető magának az üvegnek a szilárdságával, ami biztosítja a modul hosszú távú stabilitását és tartósságát.
Young tovább magyarázza: "Amíg maga az üveg nem törik el, a hegesztési varratok nem okoznak problémát. Ezenkívül a hegesztett modul keménysége jelentősen javul, mivel az üvegdarabok között nincs polimer. Kutatásunk azt mutatja, hogy megfelelő A hengerelt üveg dombornyomott tulajdonságainak telepítése és módosítása miatt a hegesztett modul elég kemény lehet ahhoz, hogy megfeleljen a statikus terhelési vizsgálat követelményeinek."
A múltban a kutatók kísérletet tettek az éllezárásra nanoszekundumos lézerek és üvegfritt töltőanyagok segítségével, de az eredmények nem voltak kedvezőek. A hegesztési varratok ridegsége miatt alkalmatlanok voltak kültéri modulok kialakítására. Ezzel szemben a NREL által kifejlesztett femtoszekundumos lézeres hegesztési technológia kiváló tömítési szilárdságot ér el a költségek töredékéért, erős technológiát biztosítva a napelemek újrahasznosításához.
Ezt a kutatást a Durable Module Materials Alliance támogatja, amelynek célja a napelemek élettartamának 50 évre és tovább növelése. Az NREL innovatív lézertechnológiájával a jövőben hatékonyabb és környezetbarátabb napelem-újrahasznosítás megvalósítására számíthatunk, hozzájárulva a megújuló energia fenntartható fejlődéséhez.
