Российские ученые получили из старых солнечных панелей материал для электроники
Старые солнечные панели могут стать сырьем для новой электроники. Российские ученые предложили способ получать из них карбид кремния — материал, устойчивый к высоким температурам и коррозии. Его долю в продукте переработки удалось довести до 61%.
Источник: Новости науки
МОСКВА, 29 сентября. /Новости науки/. Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) и Севастопольского государственного университета (СевГУ) предложили способ получения карбида кремния для силовой электроники из отслуживших солнечных панелей. Об этом сообщили в пресс-службе вуза.
«Ученые Томского политехнического университета и Севастопольского государственного университета предложили двухэтапный способ переработки отслуживших солнечных панелей. В результате из отходов можно получить карбид кремния — ценный и востребованный материал для создания силовой электроники и огнеупорной керамики. Содержание карбида кремния в твердом продукте в ходе переработки новым методом достигло 61 %», — приводится в тексте.
Фотоэлектрические модули служат 20–30 лет, после чего становятся сложными многокомпонентными отходами. Они содержат стекло, алюминий, кремний, медь и полимеры. Как отмечается в релизе, существующие способы переработки требуют дорогих и токсичных реагентов и дают продукт низкого качества, который нельзя повторно использовать.
Предложенный исследователями подход позволяет получать из таких отходов востребованный материал. Карбид кремния отличается твердостью, термостойкостью, устойчивостью к коррозии и высокой теплопроводностью. Помимо компонентов силовой электроники, из него изготавливают абразивы, огнеупорные изделия, керамику и нагревательные элементы.
Метод испытали на отслужившей поликристаллической солнечной панели. Сначала ее нагрели до 500 градусов Цельсия, чтобы с помощью пиролиза отделить кремний от полимерной прослойки. Затем кремнийсодержащий материал смешали с техническим углеродом и обработали безвакуумной электрической дугой при температуре 1 800 градусов, получив карбид кремния.
Как повысили содержание полезного материала
Предварительный пиролиз позволил удалить полимеры, мешающие дальнейшей переработке, а также получить твердый углеродный остаток и собрать газообразные продукты. По расчетам исследователей, средний выход углеродного остатка составил 45,8% от массы обрабатываемого материала.
Анализ состава также показал, что после предварительной обработки в конечном продукте исчезла фаза силицида железа. Это снизило количество нежелательных примесей и повысило долю карбида кремния, пояснила один из авторов исследования, ассистент отделения материаловедения ТПУ Жанар Болатова.
Дополнительно ученые проверили, как на результат влияет количество углерода в исходной смеси. При увеличении его содержания от нуля до 30% доля карбида кремния в твердом продукте выросла с 46 до 61%. Одновременно содержание свободного кремния снизилось с 19,7 до 8,3%, а диоксида кремния — с 3% до следовых количеств. По объяснению исследователей, дополнительный углерод помог вовлечь больше кремния в нужную химическую реакцию.
Результаты работы опубликованы в журнале Silicon. Исследование поддержано Министерством науки и высшего образования.
«Ученые Томского политехнического университета и Севастопольского государственного университета предложили двухэтапный способ переработки отслуживших солнечных панелей. В результате из отходов можно получить карбид кремния — ценный и востребованный материал для создания силовой электроники и огнеупорной керамики. Содержание карбида кремния в твердом продукте в ходе переработки новым методом достигло 61 %», — приводится в тексте.
Фотоэлектрические модули служат 20–30 лет, после чего становятся сложными многокомпонентными отходами. Они содержат стекло, алюминий, кремний, медь и полимеры. Как отмечается в релизе, существующие способы переработки требуют дорогих и токсичных реагентов и дают продукт низкого качества, который нельзя повторно использовать.
Предложенный исследователями подход позволяет получать из таких отходов востребованный материал. Карбид кремния отличается твердостью, термостойкостью, устойчивостью к коррозии и высокой теплопроводностью. Помимо компонентов силовой электроники, из него изготавливают абразивы, огнеупорные изделия, керамику и нагревательные элементы.
Метод испытали на отслужившей поликристаллической солнечной панели. Сначала ее нагрели до 500 градусов Цельсия, чтобы с помощью пиролиза отделить кремний от полимерной прослойки. Затем кремнийсодержащий материал смешали с техническим углеродом и обработали безвакуумной электрической дугой при температуре 1 800 градусов, получив карбид кремния.
Как повысили содержание полезного материала
Предварительный пиролиз позволил удалить полимеры, мешающие дальнейшей переработке, а также получить твердый углеродный остаток и собрать газообразные продукты. По расчетам исследователей, средний выход углеродного остатка составил 45,8% от массы обрабатываемого материала.
Анализ состава также показал, что после предварительной обработки в конечном продукте исчезла фаза силицида железа. Это снизило количество нежелательных примесей и повысило долю карбида кремния, пояснила один из авторов исследования, ассистент отделения материаловедения ТПУ Жанар Болатова.
Дополнительно ученые проверили, как на результат влияет количество углерода в исходной смеси. При увеличении его содержания от нуля до 30% доля карбида кремния в твердом продукте выросла с 46 до 61%. Одновременно содержание свободного кремния снизилось с 19,7 до 8,3%, а диоксида кремния — с 3% до следовых количеств. По объяснению исследователей, дополнительный углерод помог вовлечь больше кремния в нужную химическую реакцию.
Результаты работы опубликованы в журнале Silicon. Исследование поддержано Министерством науки и высшего образования.
