การใช้เลเซอร์เพื่อยืดอายุแผงโซลาร์เซลล์เป็น 50 ปี

เมื่อเร็วๆ นี้ National Renewable Energy Laboratory (NREL) ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของกระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกา ได้สร้างความก้าวหน้าครั้งยิ่งใหญ่เมื่อพวกเขาพัฒนาวิธีการพิสูจน์แนวคิดที่ออกแบบมาเพื่อกำจัดโพลีเมอร์ออกจากการผลิตแผงโซลาร์เซลล์โดยสิ้นเชิงเพื่อให้มีประสิทธิภาพและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น การรีไซเคิล
แผงโซลาร์เซลล์ได้รับการยกย่องมานานแล้วในเรื่องความสามารถในการรีไซเคิล อย่างไรก็ตาม ชั้นพลาสติกบาง ๆ ที่ใช้ในกระบวนการผลิตทำให้เกิดความท้าทายที่เป็นอุปสรรคต่อการรีไซเคิลวัสดุอันมีค่า เช่น ซิลิคอนและเงินอย่างมีประสิทธิภาพ
เพื่อจัดการกับความท้าทายนี้ ทีมวิจัยของ NREL ได้ใช้แนวทางที่แตกต่างออกไปและนำเสนอโซลูชั่นที่เป็นนวัตกรรมเพื่อใช้การเชื่อมระหว่างกระจกกับกระจกโดยตรงในเซลล์แสงอาทิตย์
หัวใจหลักของโซลูชันนี้อยู่ที่การนำเทคโนโลยีเลเซอร์เฟมโตวินาทีแบบอินฟราเรดมาใช้ ด้วยการควบคุมพัลส์เลเซอร์อย่างแม่นยำ พลังงานจะมุ่งเน้นไปที่พื้นที่เฉพาะของแผงโซลาร์เซลล์ในระยะเวลาอันสั้นมาก ทำให้เกิดการเชื่อมแบบกระจกต่อกระจกที่แข็งแกร่ง เป็นที่น่าสังเกตว่าเทคโนโลยีเลเซอร์ femtosecond มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการผ่าตัดตาทางการแพทย์ เช่น การผ่าตัดต้อกระจก และความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือได้รับการตรวจสอบอย่างครบถ้วนแล้ว
ด้วยการเชื่อมด้วยเลเซอร์ ความจำเป็นในการใช้ลามิเนตพลาสติกในแผงโซลาร์เซลล์จึงหมดไปโดยสิ้นเชิง จึงทำให้กระบวนการรีไซเคิลง่ายขึ้นอย่างมาก เมื่อสิ้นสุดอายุการใช้งานของแผง โมดูลเหล่านี้ที่ทำจากการเชื่อมด้วยเลเซอร์สามารถแตกหักได้ง่าย แก้วและลวดโลหะในโมดูลสามารถรีไซเคิลได้โดยไม่มีปัญหาใดๆ และวัสดุซิลิกอนสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้
David Young นักวิทยาศาสตร์อาวุโสในกลุ่ม Efficient Crystalline Photovoltaics ในภาควิชาเคมีและนาโนศาสตร์ของ NREL กล่าวว่า "มีความเห็นพ้องต้องกันโดยทั่วไปในหมู่ผู้รีไซเคิลส่วนใหญ่ว่าโพลีเมอร์เป็นปัญหาหลักที่ขัดขวางกระบวนการรีไซเคิล การมาถึงของเทคโนโลยีของเราจะเปิดฉากขึ้นอย่างแน่นอน เพิ่มความเป็นไปได้ใหม่ๆ สำหรับการรีไซเคิลแผงโซลาร์เซลล์"
งานวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ใน IEEE Journal of Photovoltaics ทีมวิจัยชี้ให้เห็นว่าเทคโนโลยีการเชื่อมด้วยเลเซอร์มีการใช้งานที่หลากหลาย ไม่เพียงแต่สำหรับวัสดุซิลิกอนเท่านั้น แต่ยังมีวัสดุหลากหลายประเภท เช่น chalcogenide และแคดเมียมเทลลูไรด์ เนื่องจากธรรมชาติของเลเซอร์มีการโฟกัสสูง ความร้อนที่เกิดขึ้นจึงถูกจำกัดให้อยู่ในช่วงที่น้อยมาก และไม่ทำให้เกิดความเสียหายต่อวัสดุแบตเตอรี่ ในขณะเดียวกัน ความแข็งแรงของการเชื่อมภายในกระจกก็เทียบได้กับความแข็งแรงของการเชื่อมภายในกระจก ทำให้มั่นใจได้ถึงความเสถียรและความทนทานในระยะยาวของโมดูล
Young อธิบายเพิ่มเติมว่า "ตราบใดที่กระจกไม่แตก การเชื่อมก็จะเรียบร้อยดี นอกจากนี้ ความแข็งของโมดูลที่เชื่อมได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญเนื่องจากการไม่มีโพลีเมอร์ระหว่างชิ้นแก้ว การวิจัยของเราแสดงให้เห็นว่าด้วยความเหมาะสม การติดตั้งและการปรับเปลี่ยนคุณสมบัตินูนของกระจกรีด โมดูลที่เชื่อมอาจมีความแข็งพอที่จะตอบสนองข้อกำหนดของการทดสอบโหลดแบบคงที่"
ในอดีต นักวิจัยได้พยายามปิดผนึกขอบโดยใช้เลเซอร์นาโนวินาทีและฟิลเลอร์ฟริตแก้ว แต่ผลลัพธ์ที่ได้ยังไม่เป็นที่น่าพอใจ ลักษณะรอยเชื่อมที่เปราะทำให้ไม่เหมาะสำหรับการออกแบบโมดูลกลางแจ้ง ในทางตรงกันข้าม เทคโนโลยีการเชื่อมด้วยเลเซอร์ femtosecond ที่พัฒนาโดย NREL มีความแข็งแรงในการปิดผนึกที่เหนือกว่าด้วยต้นทุนเพียงเล็กน้อย ถือเป็นเทคโนโลยีที่แข็งแกร่งสำหรับการรีไซเคิลแผงโซลาร์เซลล์
งานวิจัยนี้ได้รับการสนับสนุนจาก Durability Module Materials Alliance ซึ่งมุ่งมั่นที่จะยืดอายุแผงโซลาร์เซลล์ให้มีอายุ 50 ปีขึ้นไป ด้วยเทคโนโลยีเลเซอร์ที่เป็นนวัตกรรมของ NREL เราคาดหวังได้ว่าการรีไซเคิลแผงโซลาร์เซลล์ที่มีประสิทธิภาพและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้นในอนาคต ซึ่งมีส่วนช่วยในการพัฒนาพลังงานหมุนเวียนที่ยั่งยืน