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 ドイツの研究所Fraunhofer Center for Silicon Photovoltaics(CSP)と同Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems(ISE) は2022年2月、共同でシリコン(Si)系太陽光パネルのSiをリサイクルし、それを基に最新のPERC(Passivated Emitter and Rear Cell)型太陽電池セルを作製したと発表した。これまで難しいと考えられていたSiのリサイクルが軌道に乗れば、太陽光パネルを構成するほとんどの材料の再資源化が実現する。

 ドイツは電力の固定価格買い取り制度、いわゆるFeed-in Tariff(FiT)制度を早くから導入した国である。ただ、ISEによればドイツで太陽光発電の大量導入が本格的に始まったのは、太陽光パネルの価格が急激に下がった2009年だという。結果として、2029年以降、太陽光パネルの大量廃棄問題が深刻になるとISEはみている。

 具体的には、現時点でドイツに導入されている太陽光パネルの総量は約500万トン。Siだけでも15万トンに上るという。

pn接合も分離

 これまで太陽光パネルのリサイクルは、ガラスやアルミニウム(Al)フレームを再資源化するぐらいで、Siの再資源化は技術的に難しかった。太陽電池セルには、集電用の配線や電極、保護用の樹脂シートなどが密着しており、それらを分離することが容易でなかったからだ。さらにセルは、p型のSi基板と「エミッター」と呼ばれるn型のSi薄膜から成る。これを分離しなければ、Siをn型半導体にするリン(P)とp型半導体にするホウ素(B)が混ざりあってしまい、そこから新たな太陽電池を造ることは難しい。

 今回、CSPとISE、そして主にガラスのリサイクル事業の老舗で、太陽光パネルのリサイクルも始めているドイツReilingは、ドイツ連邦経済気候保護省(BMWK)の支援を受けて、太陽光パネルのSiのリサイクル技術を開発したとする。

 その詳細は明らかにしていないが、まずガラスや樹脂を分離した後にセルを破砕して直径1mm以下の細粒にする。次に、薬品を使った化学的なエッチング処理で、裏面電極や銀(Ag)の集電線、エミッター層などを除去して、高純度のp型のSi細粒を取り出すことに成功したという。

今回のプロセス中の3状態
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今回のプロセス中の3状態
左から、セルを破砕した後の状態、不純物を除去したSiの細粒とそれで作製したSi基板、その基板で作製した変換効率19.7%のPERC型セル(出所:Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems)

 そして、このSi細粒だけを基に金属Siのインゴットを製造し、そこから現時点の単結晶Si型太陽電池の主流になっているPERC型の電極構造の太陽電池セルも作製した。そのセルの変換効率は19.7%で、「PERC型としてはやや低いが、その他の多くの太陽電池よりは高い」(CSPの研究者)とする。