Une étude de validation de principe menée par des chercheurs du Laboratoire national des énergies renouvelables (NREL) du Département américain de l'énergie et de Trumpf Inc. a révélé que l'utilisation de lasers femtoseconde pour former des soudures verre à verre pour les modules solaires rendrait les panneaux plus facile à recycler.
Dans un article publié dans le Journal IEEE du photovoltaïque, les chercheurs à l'origine du développement expliquent que les soudures élimineraient le besoin de feuilles de polymère plastique qui sont maintenant laminées dans les modules solaires mais rendraient le recyclage plus difficile. En fin de vie, les modules réalisés avec les soudures laser peuvent se briser. Les fils de verre et de métal qui traversent les cellules solaires peuvent être facilement recyclés et le silicium peut être réutilisé.
« La plupart des recycleurs confirmeront que les polymères constituent le principal problème en termes d'inhibition du processus de recyclage », a déclaré David Young, auteur principal de l'article, dans un communiqué aux médias.
Laser femtoseconde
Pour mener à bien leur expérience, les scientifiques ont utilisé un laser femtoseconde qui utilise une courte impulsion de lumière infrarouge qui fait fondre le verre pour former un joint hermétique et solide.
La soudure du verre peut être utilisée sur n'importe quelle technologie solaire (silicium, pérovskites, tellurure de cadmium) car la chaleur de soudure est confinée à quelques millimètres du foyer laser.
Les modules solaires sont constitués de semi-conducteurs conçus pour capter une partie spécifique du spectre solaire, exploitant la lumière du soleil pour créer de l'électricité. Généralement, les semi-conducteurs sont pris en sandwich entre deux feuilles de verre stratifiées avec des feuilles de polymère.
Les recherches du NREL ont montré que les soudures verre/verre sont essentiellement aussi résistantes que le verre lui-même.
« Tant que le verre ne se brise pas, la soudure ne se brisera pas », a déclaré Young. « Cependant, l’absence de polymères entre les feuilles de verre nécessite que les modules soudés soient beaucoup plus rigides. Notre article a montré qu'avec un montage approprié et une modification des caractéristiques gaufrées du verre laminé, un module soudé peut être rendu suffisamment rigide pour passer les tests de charge statique.
Cette recherche est la première à utiliser un laser femtoseconde pour former des soudures verre/verre destinées à être utilisées dans un module. Un autre type de scellement des bords utilisant des lasers nanosecondes et une charge de fritte de verre a été essayé dans le passé, mais les soudures se sont révélées trop fragiles pour être utilisées dans la conception de modules extérieurs. Les soudures laser femtoseconde offrent une résistance supérieure avec une étanchéité hermétique à un coût attractif.
Young a déclaré que l'étude présente « un risque élevé, une récompense élevée », mais indique une direction pour des recherches plus approfondies afin de prolonger la durée de vie des modules solaires au-delà de 50 ans et de permettre un recyclage plus facile.
