最近、米国エネルギー省の一部である国立再生可能エネルギー研究所 (NREL) は、ソーラー パネルの製造からポリマーを完全に除去することを目的とした概念実証手法を開発し、革命的な進歩を遂げました。環境に優しいリサイクル。
ソーラーパネルはそのリサイクル性が長い間賞賛されてきました。 しかし、製造プロセスで使用される薄いプラスチック層には、シリコンや銀などの貴重な材料の効率的なリサイクルを妨げる課題があります。
この課題に対処するために、NREL の研究チームは異なるアプローチを採用し、太陽電池にガラス同士の溶接を直接実装する革新的なソリューションを考案しました。
このソリューションの核心は、赤外線フェムト秒レーザー技術の利用にあります。 レーザーパルスを正確に制御することで、非常に短時間でエネルギーがソーラーパネルの特定の領域に集中し、強固なガラス同士の溶接が行われます。 なお、フェムト秒レーザー技術は、すでに白内障手術などの眼科医療分野で広く使用されており、その安全性と信頼性は十分に検証されています。
レーザー溶接を使用すると、ソーラーパネルのプラスチックラミネートの必要性が完全に排除され、リサイクルプロセスが大幅に簡素化されます。 パネルの耐用年数が終了すると、レーザー溶接で作られたモジュールは簡単に分解でき、モジュール内のガラスや金属ワイヤーは問題なくリサイクルでき、シリコン材料も再利用できます。
NRELの化学・ナノ科学部門の効率的結晶質太陽光発電グループの主任科学者であるデイビッド・ヤング氏は、「ポリマーがリサイクルプロセスを妨げる主な問題であるということは、ほとんどのリサイクル業者の間で共通の認識がある。我々の技術の出現により確実に道が開ける」と述べた。ソーラーパネルのリサイクルに全く新しい可能性をもたらします。」
この研究はIEEE Journal of Photovoltaicsに掲載されました。 研究チームは、レーザー溶接技術はシリコン材料だけでなく、方解石やテルル化カドミウムなどのさまざまな材料にも応用範囲が広いと指摘している。 レーザーは高度に集束されているため、発生する熱は非常に狭い範囲に限定され、バッテリー材料に損傷を与えることはありません。 同時に、ガラス内部の溶接強度はガラス自体の強度と同等であり、モジュールの長期安定性と耐久性が保証されます。
ヤング氏はさらに、「ガラス自体が壊れない限り、溶接は問題を引き起こしません。さらに、ガラス片の間にポリマーが存在しないため、溶接されたモジュールの硬度が大幅に向上します。私たちの研究では、適切な方法で溶接を行うと、ロールガラスのエンボス加工を取り付けて修正すると、溶接されたモジュールは静荷重試験の要件を満たすのに十分な硬さを得ることができます。」
過去に、研究者らはナノ秒レーザーとガラスフリットフィラーを使用してエッジシーリングを試みましたが、結果は良好ではありませんでした。 溶接部は脆い性質を持っているため、屋外モジュールの設計には適していません。 これに対し、NRELが開発したフェムト秒レーザー溶接技術は、数分の1のコストで優れたシール強度を実現し、太陽光パネルのリサイクルに強力な技術を提供します。
この研究は、ソーラー パネルの寿命を 50 年以上に延ばすことに専念する Durable Module Materials Alliance によって支援されています。 NRELの革新的なレーザー技術により、将来的にはより効率的で環境に優しい太陽光パネルリサイクルの実現が期待でき、再生可能エネルギーの持続可能な発展に貢献します。
