Solarmodule bestehen aus Solarzellen, die miteinander verschaltet und zwischen zwei Polymerfolien eingebettet werden. Das gesamte Sandwich wird dann zwischen zwei Modulgläsern oder einem Frontglas und einer Rückseitenfolie einlaminiert. Damit sind die Polymerfolien fest mit den Solarzellen verbunden. Doch genau dies macht das Recycling der Module aufwändig, da sich die Folien nur schwer von den Zellen trennen lassen.
Polymerfolien ersetzen
Die Forscher des National Renewable Energy Laboratory (NREL) in Colorado sind einer Lösung auf der Spur, um dieses Problem zu eliminieren. Sie setzen dazu Femtosekundenlaser ein, um die Polymerfolien durch Glas-Glas-Schweißnähte in den Solarmodulen zu ersetzen. Dies würde das Recycling der Paneele erleichtern. Denn die Schweißnähte machen nicht nur die Polymerfolien überflüssig, sondern sie lassen sich auch einfacher vom Silizium wieder trennen.
Polymere erschweren das Recycling
Dadurch kann das Material im Solarmodul sortenrein wiederverwendet werden. „Die meisten Recycler werden bestätigen, dass die Polymere das Hauptproblem sind, wenn es darum geht, den Recyclingprozess zu behindern“, sagt David Young, Leiter der Gruppe für hocheffiziente kristalline Photovoltaik in der Abteilung für Chemie und Nanowissenschaften am NREL. Young hat zusammen mit seinem Team das Konzept der Verwendung von Laserschweißnähten für Solarmodule entwickelt. An der Entwicklung war auch das kalifornische Unternehmens Trumpf beteiligt, das den Femtosekundenlaser hergestellt hat.
Modulgläser am Rand verschweißen
Ein Femtosekundenlaser verwendet einen kurzen Infrarotlichtimpuls, der die Modulgläser am Rand zu einer starken, hermetischen Versiegelung zusammenschmilzt. Die Forschung des NREL hat gezeigt, dass Schweißnähte, die mit dem Femtosekundenlaser zwischen Glas und Glas hergestellt werden, mindestens so stark sind wie das Glas selbst. Dadurch sind die Solarzellen geschützt und die Polymere, die diese Aufgabe bisher übernehmen, sind nicht mehr notwendig. „So lange das Glas nicht bricht, wird auch die Schweißnaht nicht brechen“, sagte David Young. „Ohne die Polymere zwischen den Glasscheiben müssen die geschweißten Module jedoch viel steifer sein. Unsere Arbeit hat gezeigt, dass ein geschweißtes Modul mit der richtigen Montage und einer Änderung der geprägten Merkmale des gewalzten Glases steif genug sein kann, um statische Belastungstests zu bestehen.“
Für alle Technologien brauchbar
Die Technologie des Glasschweißens kann für jede Art von Solartechnologie – Silizium, Perowskite, Cadmiumtellurid oder andere Dünnschichtmodule – verwendet werden. Denn die Wärme, die beim Laserschweißen entsteht und den Halbleitern schaden könnte, wird vom Laserfokus auf wenige Millimeter begrenzt.
Bisherige Ansätze waren nicht ausreichend
Mit der Nutzung der Femtosekundenlaser gehen die Forscher einen anderen Weg als bisher. Denn es gibt schon Ansätze für die Kantenversiegelung etwa mit Nanosekundenlasern und einem Glasfrittenfüller. Allerdings erwiesen sich die Schweißnähte als zu spröde für den realen Einsatz. Das soll mit dem Femtosekundenlaser anders sein – und das auch noch zu geringen Kosten.
Lebensdauer der Module verlängern
Damit weise die Forschung in die richtige Richtung, stehe aber noch am Anfang, sagt Young. Durch weitere Forschung könnte mit der Schweißtechnik zur Kantenversiegelung die Lebensdauer von Solarmodulen auf über 50 Jahre gesteigert werden – zusätzlich zum einfacheren Recycling, prognostiziert der NREL-Forscher. Schließlich können die Polymerfolien durchaus ein Schwachpunkt sein, der die Lebensdauer der Module einschränken kann. (su)
