// Entwicklung eines Recyclingverfahrens für Perowskit-Module (PeroCycle)

Im Sinne von Kreislaufwirtschaft ist es notwendig, bereits im Anfangsstadium eines neuen Materials dessen Recyclingfähigkeit zu erforschen. Das gilt auch für Photovoltaikmodule aus Perowskit, einer Alternative zum klassischen Silizium-Modul. Wie sich die Dünnschichtsolarmodule nach Ablauf ihrer Lebensdauer wiederverwenden lassen, untersucht das ZSW gemeinsam mit zwei Industriepartnern. In vier Schritten wollen die Partner des neuen Projekts „PeroCycle“ ein industrietaugliches Recyclingverfahren für Perowskit-Solarmodule entwickeln. Perowskit ist als Material attraktiv für die Photovoltaik-Industrie: Es erhöht als Tandemmodul mit Silizium sehr deutlich den Wirkungsgrad, lässt sich günstig herstellen und hochskalieren.

Für die Realisierung der ambitionierten Ausbauziele Deutschlands im Bereich der erneuerbaren Energien ist es notwendig, nach dem Prinzip der Kreislaufwirtschaft zu handeln. Das bedeutet, endliche Ressourcen sinnvoll einzusetzen und diese lange zu nutzen. Nach Ablauf der Lebensdauer eines PV-Moduls ist eine hohe Recyclingfähigkeit und Wiederverwendung wichtiger denn je. Dafür setzen sich das ZSW, die Solaveni GmbH aus Bönen und die Solar Materials GmbH aus Magdeburg im Projekt „PeroCycle“ ein. Solaveni bringt Expertise aus der chemischen Aufarbeitung der Perowskit-Materialien ein, während sich Solar Materials auf die rein physikalische Auftrennung von Verbundmaterialien ohne den Einsatz von Chemikalien spezialisiert hat. Am ZSW können die Forschenden auf über 30 Jahre Erfahrung mit Dünnschichtsolarmodulen und über zehn Jahre Materialforschung zu Perowskit-Solarzellen und -modulen zurückgreifen. Die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) fördert das Verbundprojekt.

Perowskit-Module recyclingfähig machen

Ziel des Forscherteams ist es, ein industrielles Recyclingverfahren zu entwickeln, um die optimale Verwertung der Module nach Erreichen der Lebensdauer zu ermöglichen. Zu diesem Zweck werden am ZSW im ersten Schritt Perowskit-Minimodule hergestellt und verkapselt.

Im zweiten Schritt erfolgt die Auftrennung der verkapselten Perowskit-Module beim Industriepartner Solar Materials mittels thermomechanischer Verfahren. Dabei wird getestet, ob der Glas-Polymer-Verbund und damit das Glas als Ganzes effektiv vom Perowskit-Absorbermaterial getrennt werden kann. Im Gegensatz zum gängigen Schreddern findet bei diesem Verfahren keine Vermischung mit anderen Materialien statt. Das Glas lässt sich daher erneut zu Behälterglas verarbeiten. Das Perowskit-Absorbermaterial wird sortenrein eingesammelt.

Nach der Trennung der Materialien erfolgt Schritt drei: die Entwicklung und Optimierung eines Perowskit-Recyclingverfahrens bei Solaveni. Für den Recyclingprozess werden selbstentwickelte, nicht brennbare, kostengünstige und umweltfreundliche Lösungsmittelsysteme eingesetzt, die toxische Lösungsmittel entbehrlich machen. Auf den Einsatz von extremen Bedingungen, wie beispielsweise hohe Temperaturen, wird verzichtet. Der neue Ansatz reduziert Energieverbrauch und Abfall und ermöglicht es so, Kosten und Umweltauswirkungen zu minimieren. Das zukünftige Recyclingverfahren umfasst chemische und physikalische Bearbeitungsverfahren. Sie haben das Ziel, mindestens 90 Prozent des Materials Perowskit mit einer Reinheit von 99 Prozent zurückzugewinnen.

Im vierten und letzten Schritt wird aus den gewonnenen Materialien am ZSW ein neues Perowskit-Modul hergestellt. Dazu werden das recycelte Perowskit-Absorbermaterial sowie die recycelten mit durchsichtigen Kontakten beschichteten Gläser verwendet. Die Forschenden im Materiallabor streben an, aus den recycelten Materialien mindestens 90 Prozent des Wirkungsgrades der frisch hergestellten Referenzproben zu erreichen.

Ein Bericht zum aktuellen Stand des PV-Recyclings in Deutschland ist hier zu finden: iea-pvps.org/key-topics/status-of-pv-module-take-back-and-recycling-in-germany/

Die neuesten Entwicklungen aus dem PV-Recycling stellte das ZSW beim PV-Recycling-Workshop am 14. und 15. Oktober 2024 in Stuttgart vor. Neben wissenschaftlichen Vorträgen und einer Führung durch das ZSW-Labor konnten die Teilnehmenden mit Akteuren aus der Industrie und Forschung ins Gespräch kommen. Der nächste PV-Recycling-Workshop findet voraussichtlich im November 2025 statt.