El reciclaje de módulos fotovoltaicos ha cobrado importancia debido al aumento de capacidad instalada y la previsión de desmantelar millones de módulos en las próximas décadas. El proyecto RESILIENS, financiado por la Agencia Estatal de Investigación, y coordinado por el Instituto de Energía Solar (IES) de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM), desarrolla tecnologías para recuperar silicio y metales de módulos desechados, reutilizándolos en nuevas células solares.

Los investigadores han optimizado un proceso para recuperar plata y silicio de alta pureza, facilitando su escalado industrial. Esto reducirá el consumo de materias primas y energía, promoviendo el reciclaje de módulos solares, esenciales para un sistema energético sostenible.

Hasta hace poco, el reciclaje de los módulos fotovoltaicos era una preocupación menor en el sector dada la todavía limitada penetración de la energía solar a escala mundial. Pero el espectacular aumento de la capacidad instalada en los últimos años, junto con las previsiones de crecimiento para las próximas décadas, anticipan un escenario en el que un número cada vez mayor de módulos al final de su vida útil serán dados de baja con un desfase de unos 25 años desde la instalación. Las previsiones más conservadoras revelan que en 2030 se habrán desmantelado unos 400 millones de módulos, cifra que superará los 10.000 millones en 2050.

Un módulo fotovoltaico se compone de una ristra de células solares interconectadas entre sí, embebidas en láminas de polímero y pegadas a un vidrio para protegerlas de agentes exteriores (humedad, radiación ultravioleta). El vidrio, junto con un marco de aluminio, le da también rigidez para facilitar su instalación y dotarle de resistencia a golpes, cargas de viento, etc. De alguna forma, al diseñar el módulo para hacerlo resistente a la degradación y al envejecimiento y garantizar su funcionamiento durante décadas, se dificulta la separación y recuperación de materiales una vez ha alcanzado el final de su vida útil.

El investigador principal sosteniendo una sábana enrollada de células solares encapsuladas tras separarlas del vidrio frontal. Autor: David Fuertes Marrón.

En la actualidad se están proponiendo muchos métodos para el reciclaje de módulos utilizando enfoques mecánicos, térmicos o químicos. Algunos han alcanzado un alto nivel de desarrollo, por ejemplo, los destinados a los componentes más pesados del módulo, como son el vidrio y el marco de aluminio. Sin embargo, este nivel de desarrollo no ha llegado a los contactos metálicos y el silicio que forman las células solares, que son los elementos más exigentes en términos de consumo energético e impacto ambiental. Además, muchas veces la calidad de los materiales recuperados no es suficiente para reinyectarlos en la cadena de valor fotovoltaica.

En el marco del proyecto RESILIENS, financiado por la Agencia Estatal de Investigación en su convocatoria para proyectos de Transición Ecológica y Digital (TED), cuatro instituciones colaboran para establecer una tecnología factible, rentable y sostenible que permita recuperar el silicio y los metales de los dispositivos fotovoltaicos desechados y reutilizarlos en la fabricación de nuevas células solares. Coordinados por investigadores del Instituto de Energía Solar de la UPM, incluye a investigadores del Departamento de Ingeniería Química de la UCM, de la Facultad de Ciencias de la UAM y de IMDEA Nanociencia.

“Los resultados del proyecto hasta la fecha validan nuestra estrategia”, señala Carlos del Cañizo, −investigador del IES-UPM− que lidera el proyecto. “Hemos optimizado un proceso de desmetalización que recupera la plata en estado sólido y que además alcanza un óptimo entre la recuperación del metal y la preservación del sustrato de silicio. También hemos demostrado que la reinyección del silicio en la etapa de cristalización garantiza la obtención de un silicio con pureza suficiente para fabricar con él células solares de alta eficiencia, en un proceso que adapta las propiedades del silicio resultante a los requisitos actuales de la industria, transformando por ejemplo el silicio multicristalino en monocristalino”, indica el investigador. Los procesos utilizan métodos y componentes bien conocidos en la industria fotovoltaica (ataque alcalino para la recuperación del metal, crecimiento Czochralski para la recristalización del silicio), por lo que el escalado de los resultados y su transferencia a la industria puede ser sencillo. “Aún queda trabajo por hacer para demostrar la validez de los métodos propuestos para la gran variedad de tecnologías de células existentes en el mercado, así como para analizar su compatibilidad con los encapsulantes usados en la industria”, concluye Carlos del Cañizo, investigador principal del proyecto.

El proyecto RESILIENS tendrá un impacto directo en la reducción del procesamiento de materias primas y del consumo de energía y facilitará el reciclaje de un producto comercial, el módulo solar, que pronto se convertirá en ubicuo como fuente principal de producción de energía sostenible.

Marcos Tierno, Julia Hernández Ruiz, Sergio Taboada, Eduardo Díez, Araceli Rodríguez, Luis Jaime Caballero, Nerea Dasilva Villanueva, David Fuertes Marrón, Nikolay V. Abrosimov, Carlos del Cañizo. Validation of recycling processes for demetallisation and recrystallisation of silicon solar cells. Solar Energy, Volume 274, 2024, 112533, ISSN 0038-092X, https://doi.org/10.1016/j.solener.2024.112533 .