Semiconductor recycling plant case study of CIGS photovoltaic manufacturing/hu

▼Figyelem! A hallgatói projektoldal hibákat tartalmazhat. Ez az oldal most szerkeszthető - kérjük, javítsa ki a látott hibákat.

A CIGS napelemek kalkopirit anyagokon (réz-vas-szulfid ásvány, amely tetragonális rendszerben kristályosodik) alapulnak, amelyeket olcsó üveghordozókon lévő vékonyrétegekből állítanak elő. A CIGS körülbelül 10% Cu-t, 28% In-t, 10% Ga-t és 52% Se-t tartalmaz. ^{[ 1 ]} Ezeknek az ötvözeteknek jelentős előnyei vannak; lefedik a hatékony egy- vagy többpontos napelemek létrehozásához szükséges energiarés-tartományt, jól működnek apró szemcsés polikristályok formájában, és nem érzékenyek a szennyeződésekre és a kristályhibákra. ^{[ 2 ]} A CIGS alapú napelemek akár 19,5%-os hatásfokot is elértek vákuumos leválasztással az NREL- ben (Nemzeti Megújuló Energia Laboratórium). ^{[ 3 ]} A CIGS alapú tesztmodulok és -tömbök több mint 10 éve működnek kültéren, csekély romlással. A CIGS alapú napelemek ezen előnyei ellenére számos problémát kell megoldani, mielőtt elérnék optimális teljesítményüket és a legalacsonyabb gyártási költségeiket. Az előállított értékes anyag nagy része kárba vész a feldolgozás és a leválasztás során. Az anyag nagyjából 60%-a ^{[ 4 ]} kárba megy a gyártás során. Ha ezt az anyagot vissza lehetne nyerni és újrahasznosítani használható anyaggá, akkor nemcsak több cella építésében lenne felhasználható, hanem más, jelenleg ugyanazokat az anyagokat használó elektronikában is.

Fotovoltaikus (PV) feldolgozási módszer

A CIGS-alapú napelemekben használt vékonyréteg-anyagok előállítására számos módszer létezik . A leválasztási módszer nagy hatással van a kapott film tulajdonságaira, valamint a gyártási költségekre. Egy szabványos CIGS napelem előállítása több lépésből áll, amelyek mindegyike fontos.

Amint az 1. ábrán látható, a standard CIGS napelem gyártása a következőképpen történik: Az üveg hordozóra az első réteg körülbelül 1 µm vastag molibdén. Ezután réz (indium, gallium) (szelenid, S) ₂ abszorbert (1-3 µm) visznek fel különböző módszerekkel, majd ezt követi a pufferréteg (általában CdS, 30 nm), adalékolatlan cink-oxid (ZnO), átlátszó vezető, fémrács és tükröződésgátló bevonat. Végül a napelemet tokozással védik a külső környezettől.

Az elemi forrásokból származó CIGS háromlépcsős együttes elpárologtatását feleslegben lévő szelén (Se) gőz jelenlétében általában a legsikeresebb abszorber leválasztási módszernek tekintik ^{[ 6 ]} CIGS abszorberrel rendelkező napelemek esetében. Nagy hatékonyságot érhet el a vékonyrétegű napelemek között, ^{[ 3 ]} amelyet az Egyesült Államok Nemzeti Megújuló Energia Laboratóriuma szabványosított. Először (In,Ga) _{2Se3 -at} raknak le alacsonyabb szubsztráthőmérsékleten. Ezután a Cu-t és a Se-t magasabb hőmérsékleten elpárologtatják , így Cu-gazdag CIGS-t kapnak. Végül további (In,Ga)2Se3 _{hozzáadásával enyhén} Cu -hiányos filmösszetételt kapnak.

Tőkeeszközök:

• vákuumszivattyú
• új lineáris párolgási források
• magnetron porlasztó katódok

Fogyóeszközök:

• üveg
• alumínium
• Etilén-vinil-acetát (EVA) polimer
• fotovoltaikus rétegeket alkotó anyagok, mint például Mo, Cu, In, Ga, Se, Cd, Zn, S.

1. táblázat: A CIGS napelem fő fogyóeszközei . ^{[ 7 ]}

A fotovoltaikus eszközökben található anyagok és azok költsége

A félvezető tömegét, M-et , egy fotovoltaikus eszközben a következőképpen határoztuk meg:

M=Egy⋅t⋅ρ

ahol A a napelem felülete, t a vastagsága, ρ pedig a félvezető anyag sűrűsége.

_{A Wp} a wattcsúcsot jelenti. Ez a maximális energiamennyiség, amelyet egy napelem tökéletes körülmények között képes előállítani. Tiszta időben a napelem négyzetméterenként 1000 wattot (W/m²) kap ^{napenergiából} .

A W _p kiszámítása a következőképpen történik:

Nyp=1000⋅Egy⋅f

Ahol f a napelem hatásfoka. Egy tipikus CIGS napelem felületének kiszámítása a következő:

1.2m⋅0,6m=0,72m2

A CIGS napelemes rendszerek hatásfokát 16%-ra becsülik, tehát a csúcsteljesítmény ebben az esetben 115,2 watt.

1000Ny/m2*.72m2=115.2Ny

A fotovoltaikus eszközökben található anyagok W _p-re vonatkoztatva a következőképpen számíthatók ki:

G=M/Nyp

Ahol G a fotovoltaikus eszközben lévő anyagok tömege Wp-re vonatkoztatva grammban, M pedig a fotovoltaikus eszköz tömege. A számított adatokat a 2. táblázat tartalmazza. A Ga, In és a hátlap üveg esetében a négyzetméterenkénti tömeget az irodalomból vettük. Más elemek és vegyületek esetében az adatokat a sűrűség és a filmvastagság felhasználásával számítottuk ki a fent felsorolt ​​egyenletekkel.

2. táblázat: A fotovoltaikus eszközökben található anyagok mennyisége Forrás: (a), ^{[ 8 ]} (b). ^{[ 5 ]}

Anyagfelhasználás

Az abszorber (CIGS réteg) főbb leválasztási módszereit és azok hatékonyságát a 3. táblázat tartalmazza. Az együttes bepárlás kiforrott és az abszorberek gyártásának egyik legsikeresebb módja, de a kezdeti beruházási költsége is a legnagyobb a vákuumtechnika miatt. A nem vákuumos technikák, mint például az elektródos leválasztás, a szóró pirolízis és a pasztabevonatolás alacsonyabb kezdeti költségekkel járnak.

3. táblázat: A különböző lerakási módszerek hatékonysága és anyagkihasználási aránya

Az összes felsorolt ​​technika közül az együttes bepárlás rendelkezik a legnagyobb hatékonysággal, de ezt a hatékonyságot egy kis modulon, laboratóriumi körülmények között érték el. A nagyméretű hordozófelületeken az együttes bepárlás hatékonysága lényegesen alacsonyabb. Például a Matsushita laboratóriumok által jelentett hatékonyság egy kis napelem esetében 18% volt, míg a 81,54 cm2- ^es almoduljuk hatékonysága 12,6% volt ^{[ 17 ] .}

Hulladékanyagok aránya

Mivel a napelemek hatásfoka a panel méretének növekedésével csökken, a nagyméretű napelemek hatásfokát a kísérleti adatok 0,8-szorosának becsülik, amelyet a következőképpen adunk meg:

f*=0,8⋅f

ahol f ^* a nagyobb méretű napelem becsült hatásfoka, f pedig a kapcsolódó lerakási módszer kísérleti hatásfoka. Az anyagveszteség mértéke a következőképpen számítható ki:

Mw=M(1−r)/r

Gw=Mw/(1000⋅Egy⋅f*)

ahol r az anyagfelhasználási ráta kísérleti adatai, amelyeket a 3. táblázat tartalmaz, _Mw a hulladékanyag-mennyiség felületre vetítve (m2 ⁾ , Gw _pedig a hulladékanyag-mennyiség wattcsúcsra vetítve (Wp ₎ . Az In elem példaként történő felhasználásával a számítás eredményét a 4. táblázat tartalmazza.

4. táblázat: A fotovoltaikus modulok „elpazarlási” aránya különböző lerakási módszerek esetén

Gyártási hulladék újrahasznosítása

A CIGS gyártásához szükséges anyaghulladék a réz (Cu), az indium (In), a gallium (Ga) és a szelén (Se) együttes elpárologtatásából származik. Miután a hordozó- és ragasztóanyagokat porlasztották vagy lerakták az üveg hordozóra, a CIGS anyag felhasználásával együttes elpárologtatási folyamatot hajtanak végre, hogy létrehozzák a napelem specifikus rétegeit.

A CIGS réteg létrehozásának módszerei a kívánt végmodul-struktúrától függenek. Például a 3. ábrán látható diagramok.

• 3. ábra: CIGS lerakódási rétegek
• 
  _{3a. ábra: A 16. réteg (In x} Se _y ) 100%-os, majd a 18. réteg (Cu _x Se ) 100%-os leválasztását mutatja, amely a megadott hőmérsékleten homogenizálódik, CuInSe _{2 -t képezve.}
• 
  _{3b. ábra: Egy alternatív ábra, amely a 20-as réteg (In x} Sey ₎ 3 szakaszos leválasztását mutatja 99-90%-os sűrűségben, majd a 22-es réteg (Cu _{x Sey} ) 100%-os sűrűségben, végül pedig a 24-es réteg (In _x Sey ) 1-10%-os sűrűségben történő felvitelét.
• 
  _{3c. ábra: Egy másik alternatíva, amely a 26-os réteg (In x} Sey ₎ 3 szakaszos leválasztását mutatja 1-10%-os sűrűségben, majd a 28-as réteg (Cu _{x Se} ) 100%-os sűrűségben, végül pedig a 30-as réteg (In _x Sey ) 90-99%-os sűrűségben történő felvitelét.

Az aljzat mérete határozza meg a leválasztó kamra méretét. Ez lehetőséget ad a gyártóknak arra, hogy pénzt és erőforrásokat takarítsanak meg azáltal, hogy csak azokat a kamrákat választják, amelyek megfelelnek a kiválasztott aljzatméretek igényeinek. Azokban az esetekben, amikor a párologtatási terület meghaladja az aljzat méretét, jelentős anyagveszteség keletkezik ezen a területen. A párologtatott anyag áramlását lehetetlen teljesen szabályozni, de a hidegebb aljzat felé kényszerítik az anyag megfelelő kondenzációjának reményében, így a folyamat nem képes az összes anyagot felhasználni. Ez az anyag olyan területeken gyűlik össze, mint a kamra falai, a szállítószalag-rendszer, amelyen az aljzat mozog, és az aljzaton kívül bármely más felületen is összegyűlhet.

Lehetőség van egy jobb módszer kidolgozására az anyag visszanyerésére, mint a kamra szétszerelése és eltávolítása. Az ezen a területen végzett munka nagyon korlátozott, és a kamra alkatrészeit gyakran eltávolítják tisztítás céljából kémiai fürdős technikákkal.

A CIGS réteg gyártásakor az aljzatra lerakódó anyag túlzott permetezést okoz. A lerakókamrában egy rézfilm réteget helyeznek el a túlzott permet összegyűjtésére. A rézfilmet az újrahasznosító üzemben gyártják, majd a gyártóüzembe szállítják, hogy integrálják a leválasztási folyamatba. A gyűjtőlemezek ezután visszakerülnek az újrahasznosító üzembe, és olvasztási folyamaton keresztül szétválasztják őket.

Az élettartam végét elérő modulok újrahasznosítása

Az élettartamuk végére ért modulok újrahasznosítása egyre nagyobb aggodalomra ad okot, mivel a fotovoltaikus modulok gyártása a kereslettel együtt növekszik. A vékonyréteg-cellák folyamatos fejlesztése valószínűleg a CIGS modulok nagyobb piaci részesedését fogja elérni. Ezzel a növekedéssel az újrahasznosítás iránti kereslet is növekedni fog, és lehetőséget teremt az újrahasznosításra a hulladéklerakókban való elhelyezéssel szemben. Az anyagkémiai bonyodalmak miatt a modulok élettartamuk lejárta után veszélyessé válhatnak.

A modulok újrahasznosított anyagokká történő feldolgozását úgy tervezték, hogy a lehető legtöbb anyagot eltávolítsák, ideális esetben a cella keretét, az üveg- vagy hátlap alkatrészeket, valamint a csatlakoztatott elektromos egységeket újrahasznosítva. Ez a folyamat legjobban úgy írható le, mint a cella részeire bontása, és a félvezető anyagok egy feldolgozható egységben való egyesítése.

A keret és az elektromos alkatrészek egyszerűen kézzel eltávolíthatók és szétválaszthatók. Így a költség egy órabér lenne, amelyet az óránként feldolgozott anyag kilogrammban kifejezett mennyiségének (kg/óra) mérésével lehetne megbecsülni.

Az anyagot ezután kétféleképpen hasznosítják újra a nemesfémek összegyűjtésére. Az első módszer egy fizikai és kémiai elválasztási folyamat lenne, amely több lépésben bontja le az anyagokat kisebb részecskékre. A másik egy olvasztási eljárás lenne, amelynek célja a fémek kinyerése az ércből. A rendelkezésre álló helytől és a tőkebefektetésektől függően a legjobb módszert a költséghatékonyság határozhatja meg.

A fizikai és kémiai elválasztási technika alkalmazásával az anyag tovább feldolgozható, hogy egyre kisebb részecskékre váljon szét. Ennek a feladatnak az elvégzéséhez olyan gépekre lesz szükség, amelyek fizikailag, kémiailag vagy termikusan képesek eltávolítani a fémeket az üvegből vagy műanyagokból, amelyeket a cellák hátlapjában vagy fedőlemezében használnak. Az elválasztás hatékony módja egy kalapácsos malom használata, amely összetöri, őrli és kisebb részecskékre rostálhatja az anyagot. A fémek a zúzott üvegből kémiai oldással vagy elektrodepozícióval távolíthatók el. ^{[ 18 ]} Az anyag szétválogatására szolgáló megfelelő szűrő kiválasztása kutatással vagy kísérleti úton határozható meg. A fém, az üveg és az etilén-vinil-acetát (EVA) kémiai adalékanyagokkal választható szét. A szitálással elsőként eltávolított anyag az EVA lesz, amely a fém- és üvegrészecskéket elhagyja. A fémiszap és a nagy üvegrészecskék a megfelelő szűrővel választhatók szét. A nagyobb üvegrészecskéket ezután újrahasznosításra küldik. A fém és a kis üvegrészecskék további szétválasztása hidrometallurgiai elválasztással történhet. ^{[ 18 ]}

A kivont CIGS napelemek gyűjtési módszerei számszerűsíthetők a kalapácsos malom által felhasznált energia alapján, mivel a napelemek szétszerelése kézzel történik, így az energiaköltség nem mérhető. A kalapácsos malom villanymotorjainak teljesítményét 150 lóerőre becsülik ^{[ 19 ]} (1HP=750Ny) és napi 4 órán át működnek. A napelemek fizikai szétszerelését 10 percenként 1 m2-re, vagy óránként 6 m2 ^{- re} becsülték . A gyűjtési módszerek energiaköltségét 1,74 kWh/g-nak becsülték, az alábbiak szerint:

150HP*750NyHP=112,5kNy

10.77gm2*6m2hrsz=64,62ghr

112,5kNy64,62ghr=1.74kNyhrszg

Egy tömörebb módszer szerint az olvasztóegység használata egyetlen, többlépéses lépésben biztosítja az összes újrahasznosítást. A vasérc kinyerése során gyakran alkalmazott olvasztás során a fotovoltaikus cellákból származó anyag egy olvasztóegységbe aprítható, majd magas hőmérsékleten feldolgozható. Az üvegből származó szilícium-dioxid felhasználható az olvasztási folyamatban folyósítószerként és a hő megkötésére, hogy a folyamat során hatékonyabb energiát termeljenek. Az anyag üveg részét felhasználná ez a folyósítószer, és folyósítószerként használva egyszerűvé tenné az üveg újrahasznosítását. A szakirodalomban szereplő árak a folyamat költségét körülbelül 185 USD/tonnára becsülik. ^{[ 18 ]} Az eljárás ezután anódokat használ az olvasztókemencékben a réz és a benne oldódó fémek összegyűjtésére. A rézben nem oldódó fémek elkülöníthetők és hulladékáramokban gyűjthetők. A CIGS ilyen módon történő újrahasznosításának becsült költsége a kutatás szerint 0,08 USD/W a települési gyűjtés igénybevételével. ^{[ 18 ] [ 20 ]}

Egy másik elválasztási módszert mutat be a 2. ábra, amely a CIGS-alapú vékonyréteg-modul újrahasznosításának lépéseit szemlélteti.

Először is, kézzel kell eltávolítani és összegyűjteni a fémkereteket és a kábelekkel ellátott csatlakozódobozt. Ezután a fedőüveget úgy kell elválasztani, hogy a CIGS alapú vékonyréteg modult felmelegítik, és a szódaüveget mechanikusan vízszintes irányba nyomják. A CIGS alapú eszközalkatrész felületéről a maradék EVA-t ecetsavoldatba merítik, hogy összegyűjtsék a CIGS alapú abszorberből/MO alapelektródából/szódaüvegből álló maradék eszközalkatrészt. Ezután a CIGS alapú abszorber alkatrészt fémpor formájában kell összegyűjteni mechanikus karcolásos technikával. Végül a szódaüveget úgy kell összegyűjteni, hogy a MO réteget hígított salétromsavoldatban feloldják.

CdS pufferréteg hulladék-újrahasznosítási módszere

Bevezettek egy újrahasznosítási módszert ^{[ 22 ]} a CdS pufferréteg hulladékának csökkentésére. A CIGS-alapú napelemek CdS pufferrétegét kadmiumsót, ammóniát és tiourea-t tartalmazó vizes oldatban növesztik. A kémiai fürdős leválasztásnak (CBD) nevezett technika szűk keresztmetszete az alacsony anyaghozam és a mérgező CdS-tartalmú hulladék képződése. A hozam javítása és a hulladék csökkentése érdekében a CdS csapadékot a leválasztás után ultraszűréssel elválasztották a hulladéktól, és a permeátumot, amely ammóniát és tiourea-t tartalmaz, kadmiumsó hozzáadása után használták fel a következő CBD-eljáráshoz. Egy egyszerű vázlat látható a 3. ábrán.

Félvezető anyagok tisztítása

A legtöbb félvezető eszköz gondosan szabályozott mennyiségű adalékoló szennyeződést igényel az anyagban egy adott ellenállás eléréséhez. Az anyag tisztaságát ezután egy bizonyos szinten kell tartani az anyagok végső feldolgozása előtt. Ezek a szennyeződések befolyásolják a félvezető elektromos vezetőképességét és az anyag élettartamát. Más szennyeződések elektromosan inertek, és nagy mennyiségben lehetnek jelen (körülbelül 0,3-20 ppm atomszám). ^{[ 24 ]}

Minden félvezető anyagot alapos tisztításnak kell alávetni, mielőtt eszközök gyártásában felhasználhatók lennének. A réz tisztaságának 99%-osnak, az indiuménak 99,9%-osnak, a galliumnak 99,99%-osnak, a szelénnek pedig 99,9%-osnak kell lennie. ^{[ 25 ]} Számos tisztítási folyamat megismételhető, így bármely hulladékanyag többször is újrahasznosítható ugyanazon a folyamaton keresztül. A réz és az indium kohászati ​​módszerekkel választható szét. A kohászati ​​módszerekkel történő elválasztást az anyag szilárd+folyékony fázisra való melegítésével végzik, ahogy az a 6. ábrán látható fázisdiagramon látható, majd a fagyott szilárd anyag eltávolításával. A fagyott rész általában kevesebb szennyeződést tartalmaz. ^{[ 24 ]} A galliumban vagy rézben lévő szennyeződések eltávolításának egy másik gazdaságos módszere az elektrolitikus finomítás, amely hasonló eljárás az elektrolitikus kinyeréshez. Egy elektrolitikus kinyerési rendszer fémeket képes kinyerni az oldott nemesfémeket tartalmazó oldatokból. ^{[ 26 ]} Az irodalomkutatás 1,65 kWh/kg energiamennyiséget eredményez. ^{[ 27 ]}

1,65kNy*hrszkg*.001kgg=1,65x10−3kNy*hrszg

Az irodalomkutatás az elektrolitos kinyerési folyamat energiafelhasználásának számszerűsítését eredményezte, évi 1000 tonna kinyeréssel ^{[ 28 ]} , 500 amperes és 220 V-os üzemmel.

 220V.*500Ny=110kNy

1000tonszyeegyr=9.071x108gyeegyr

8765,8hoterszyeegyr9.071x108gyeegyr*110kNy=1.06x10−3kNy*hrszg

Anyagok jellemzése

A röntgen-fotoelektron spektroszkópia (XPS) jellemzési és metrológiai módszerként alkalmazható ultravékony filmek esetében a félvezető-feldolgozó iparban. Az XPS-t mérőeszközként alkalmazzák félvezető anyagok vastagságának, összetételének és mélységi profilalkotásához. ^{[ 29 ]} A differenciális pásztázó kalorimetria (DSC) ezután felhasználható egy elem tisztaságának meghatározására. ^{[ 30 ]}

A tisztítási folyamat során az elem tömegét a következőképpen kaphatjuk meg:

 MEgy=M*XEgy

Ahol M _A az A elem tömege, M a CIGS hulladékának teljes tömege, X _A pedig az elem tömegaránya a hulladékblokkban, amelyet XPS-sel kapunk meg. ^{[ 29 ]}

A tisztítási folyamat után minden egyes elem tiszta anyagát visszanyerik. A tisztítási módszer hatékonyságát a következő adatok határozzák meg:

 QEgy=MEgyQ/MEgy

Ahol Q _A a tisztítás hatásfoka, M _AQ az A elem tömege a tisztítás után.

Ezután a kapott elem tisztaságát differenciális pásztázó kalorimetriával lehet meghatározni. ^{[ 30 ]}

Felszerelés összefoglalása

Kalapácsos malom

• 1,74 kW∙óra/g
• 0,9 ^m2

Kohó

• 1,65∙10⁻³ ^kW ∙óra/g
• 14 ^m2

Elektrokémiai kitermelés-visszanyerő rendszer

• 1,06∙ ^10⁻⁴ kW∙óra/g
• 9,3 m² ^felület [ ^{26 ] Az} újrahasznosító üzem teljes energiafogyasztása
• 15,2 gigawatt

A teljes üzemi energiafelhasználást a nagyüzemi termelés összefoglalójában felsorolt ​​​​berendezések 20 egységének feltételezésével számították ki.

Helyszínmegosztás

Ideális esetben egy CIGS újrahasznosító üzem leghatékonyabb helyszíne egy LCD-gyártó közelében lenne. Az LCD-k feldolgozási technológiája rezet, indiumot és galliumot tartalmaz. A washingtoni Spokane Valley-ben található Crystalfontz America nagyszerű helyszín a napelemekből származó értékes anyagok újrahasznosítására. Egy lehetséges ipari telephely vázlatát a 7. ábra mutatja. Az élettartamuk végét elérő modulokat üveg-fém szétválasztási folyamatba helyezik, amelynek során az üveget egy síküveggyárba, az alumíniumot tisztítás után egy repülőgépszárny-gyárba, a félvezetőt pedig egy félvezető-újrahasznosító üzembe helyezik. Az EVA, amely a napelempanel polimer burkolata, üzemanyagként újrahasznosítható az üzemanyaggyárban. Az üzemanyagot egy szállítóállomásra küldik felhasználásra. A fotovoltaikus üzem a félvezető-újrahasznosító üzemből, a síküveggyárból és az alumíniumgyárból gyűjti össze a nyersanyagokat, és új CIGS-alapú vékonyrétegű napelemeket állíthat elő. A folyamat során keletkező hulladékanyagok szintén félvezető-újrahasznosító üzembe küldhetők újrahasznosítás céljából. A fenti gyárak által termelt összes hő felhasználható a munkavállalók életminőségének javítására vagy üvegházakba küldhető.

Alternatívák az újrahasznosításra vagy a leselejtezésre

Ez a legrosszabb esetben fordul elő, amikor az anyagok összegyűjtésének és a CIGS modulok gyártásához szükséges napelemtisztaság elérésének képessége áll fenn. Az újrahasznosítóknak nem szabadna erre a folyamatra hagyatkozniuk az anyag állandó szennyezettsége miatt, amíg a minőség már nem minősül újrahasznosításnak. Eljárásunk célja, hogy az anyagokat legalább 5N tisztaságúra tisztítsuk, hogy más elektronikában felhasználhatók legyenek, vagy CIGS modulokban újra felhasználhatók legyenek.

A réz-indium-gallium-diszelenid elsődleges felhasználási területe a fotovoltaikus napelemek gyártása. Az anyagok mennyiségi meghatározása szakirodalmi kereséssel 33-40 g/m² értéket és 3,03x10⁻⁷ g/W csúcsértéket mutatott ^[ 31 ^] . _A ^{CIGS napelemek gyártása} során az aljzatra lerakódott anyagnak csak 40%-a keletkezik, 60%-a hulladék marad. ^{[ 4 ]} A szakirodalom alapján becslések szerint az abszorberbegyűjtési aránya akár 93% is lehet ^{[ 21 ] .}

Ez lehetőséget ad nagy mennyiségű hulladék összegyűjtésére és újrahasznosítására. A hulladékanyag összegyűjthető és egyedi elemekre feldolgozható, majd más célokra újraértékesíthető.

1. A fedőüveg, amely a modul legdrágább alkatrésze, nyersanyagként szolgál az üvegipar számára, különösen új hordozók előállításához.
2. Az EVA, mint üzemanyag, újrahasznosítható egyfajta üzemanyagként.
3. A cink-acetát oldat kémiai fürdős leválasztási lépésben történő újrafelhasználásának lehetőségét vizsgálják a ZnO alapú nagy ellenállású pufferrétegek kémiai forrásaként.
4. A CIGS-alapú abszorber fémpora újrafelhasználható CIGS-alapú abszorberek egyik kémiai erőforrásaként mind koevaporációval, mind szelenizációval/kénezéssel.
5. A Mo-ban gazdag iszapot a színesfém-finomító iparnak szállítják.
6. A szelén felhasználható üveg elszíntelenítésére, valamint korpásodás elleni samponokban is használják. A szelént a cigarettákból redukciós eljárással távolítják el az olvasztási folyamat előtt.
7. Az indium egy nagy keresletű, ritka anyag, amelyet LCD képernyőkben használnak. Az indium a CIGS hulladékanyagából folyékony-folyékony Baysolvex D2EHPA extrakciós szerrel (di(2-etilhexil)foszforsav) távolítható el.
8. A galliumot LED-ek gyártásához használják, és folyadék-folyadék extrakcióval vonják ki. ^{[ 7 ]}

Az alternatív újrahasznosítási módszerek előnyei és hátrányai az újrahasznosított anyagokból készült modulok gyártása helyett a következők:

Előnyök

• Nagyobb kereslet

Hátrányok

• A réz és a szelén nem olyan jövedelmező felhasználása
• Nem annyira környezetbarát

Biztonsági terv

• Minden üzemben dolgozónak megfelelő személyi védőfelszerelésre van szüksége.
  • Védőszemüveg
  • kesztyűk
  • Arcvédők
  • Biztonsági csizmák
  • Lángálló kabát
• Motorháztető szellőzőnyílások:
  • Olvasztási folyamat
  • Elektromos nyersanyag
• Biztonsági képzés
  • Tűz esetén történő evakuálás
  • Veszélyes vegyi anyag
• Veszélyes vegyi anyagokkal és kommunikációval kapcsolatos plakátok az egész üzemben, amelyek tartalmazzák a takarítási eljárást

A következőket tartalmazó biztonsági adatlap kötőanyag:

Réz - http://web.archive.org/web/20180123230121/http://www.sciencelab.com:80/msds.php?msdsId=9923549

Indium - http://web.archive.org/web/20170503015204/http://www.sciencelab.com:80/msds.php?msdsId=9924359

Galium – http://web.archive.org/web/20170503015157/http://www.sciencelab.com:80/msds.php?msdsId=9924116

Szelén - http://web.archive.org/web/20181011174639/http://www.sciencelab.com:80/msds.php?msdsId=9924874

Kadmium-szulfid - http://web.archive.org/web/20170430012843/http://www.sciencelab.com:80/msds.php?msdsId=9923232

Cink-oxid - http://web.archive.org/web/20181013230023/http://www.sciencelab.com/msds.php?msdsId=9927329

Molibdén - http://web.archive.org/web/20150105121350/http://www.molybdenum.com:80/health.pdf

Alumínium - http://web.archive.org/web/20181127014751/http://www.sciencelab.com:80/msds.php?msdsId=9922844

Zúzott mészüveg - http://web.archive.org/web/20120113042939/http://www.hunterproducts.com:80/glass_beads.pdf

Etilén-vinil-acetát - http://web.archive.org/web/20120916122028/http://www.arkema-inc.com/plants/canada/msds/AP2800.pdf

Ecetsav - http://web.archive.org/web/20181208153211/http://www.sciencelab.com:80/msds.php?msdsId=9922769

Tiourea - http://web.archive.org/web/20181003200157/http://www.sciencelab.com:80/msds.php?msdsId=9927297

Anyagáramlási ábra

A CIGS hulladékanyagát összegyűjtik, és az indiumot, a galliumot és a rezet elválasztják a szeléntől. A szelént elektrolitikus úton kinyerik a tisztaság növelése érdekében. A galliumot elválasztják az indiumtól és a réztől, a galliumszennyeződést pedig tovább növelik elektrolitikus kinyeréssel. Az indiumot és a rezet kohászatilag elválasztják, és az egyes elemeket tovább tisztítják az elektrolitikus kinyerési eljárással. Ez a folyamat a 8. ábrán látható.