Российские ученые нашли способ перерабатывать отслужившие солнечные панели в карбид кремния — сырье для силовой электроники и огнеупорной керамики. Разработанный двухэтапный метод позволяет довести содержание карбида кремния в твердом продукте до 61%, сообщили ТАСС в Минобрнауки РФ.

Солнечная энергетика считается экологически чистой, однако фотоэлектрические модули служат всего 20-30 лет. После эксплуатации они превращаются в многокомпонентные отходы, содержащие стекло, алюминий, кремний, медь, полимеры и другие элементы. Существующие методы переработки — химический, термический и механический — требуют дорогих и токсичных реагентов и дают продукт низкого качества, который нельзя использовать повторно.

«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%», — сообщили в министерстве.

Для апробации нового метода ученые использовали отслужившую поликристаллическую солнечную панель. Ее нагрели до 500 градусов методом пиролиза, чтобы отделить кремний от полимерной прослойки, затем кремнийсодержащий материал смешали с техническим углеродом и с помощью безвакуумной электрической дуги при 1 800 градусах получили карбид кремния. Весь процесс получения ценного соединения занял одну минуту.

Пиролиз позволил убрать мешающие переработке полимеры, получить углеродный остаток (45,8% от массы) и собрать газообразные продукты (концентрация метана в смеси достигла 5%, а угарный и углекислый — около 0,6%. После обработки из продукта исчез силицид железа, что снизило примеси. Увеличение углерода до 30% в исходной смеси увеличило выход карбида кремния с 46 до 61%, свободный кремний снизился с 19,7 до 8,3%, а диоксид кремния почти исчез — углерод помогает кремнию активнее вступать в реакцию.

В исследовании участвовали ученые лаборатории газификации твердых топлив, лаборатории перспективных материалов энергетической отрасли Инженерной школы энергетики и отделения материаловедения Инженерной школы новых производственных технологий Томского политеха, а также Севастопольского госуниверситета. Исследование поддержано Министерством науки и высшего образования. Результаты работы ученых опубликованы в журнале Silicon (Q2, IF: 4,1).