Das wachsende Problem ausgedienter Solarzellen
In den letzten Jahrzehnten hat die Nutzung von Solarenergie weltweit exponentiell zugenommen. Photovoltaikanlagen (PV-Anlagen) gelten als Schlüsseltechnologie für die Energiewende und den Übergang zu erneuerbaren Energien. Doch mit der ersten Generation von Solarmodulen, die nun das Ende ihrer Lebensdauer erreichen, steht die Branche vor einer neuen Herausforderung: dem Recycling ausgedienter Solarzellen.
Traditionell bestehen Solarzellen aus kristallinem Silizium. Diese Module haben eine durchschnittliche Lebensdauer von etwa 25 bis 30 Jahren. Die ersten großflächigen Installationen stammen aus den frühen 1990er-Jahren, was bedeutet, dass eine beträchtliche Anzahl dieser Module nun ersetzt werden muss. Prognosen zufolge wird das Volumen von Solarabfällen bis 2030 weltweit auf bis zu 8 Millionen Tonnen ansteigen. Ohne effektive Recyclingstrategien drohen massive Mengen an Elektroschrott, die nicht nur wertvolle Ressourcen verschwenden, sondern auch Umweltprobleme verursachen könnten.
Solarzellen-Recycling ist nicht einfach
Ein Solarmodul besteht zu etwa 70 Prozent aus Glas, zu rund 10 Prozent aus Aluminium und Plastik und zu 3 bis 5 Prozent aus Silizium. Während Materialien wie Glas und Aluminium relativ einfach zu recyceln sind, gestaltet sich die Rückgewinnung von hochreinem Silizium weitaus komplexer. Bisherige Recyclingmethoden konzentrierten sich hauptsächlich auf die Wiederverwertung von Glas und Metallkomponenten, während das Silizium oft ungenutzt blieb.
Die Herstellung von Solarzellen erfordert Silizium von höchster Reinheit. Die Rückgewinnung dieses Materials aus alten Modulen ist technisch anspruchsvoll und kostspielig. Zudem müssen Rückstände von Metallen und anderen Verunreinigungen entfernt werden, um das Silizium für die Produktion neuer Solarzellen nutzbar zu machen.
Fortschritte im Silizium-Recycling: Das Fraunhofer-Projekt
Angesichts dieser Herausforderungen haben Forscher des Fraunhofer-Centers für Silizium-Photovoltaik (CSP) gemeinsam mit dem Recyclingunternehmen Reiling GmbH & Co. KG ein innovatives Verfahren entwickelt, um Silizium aus alten PV-Modulen zurückzugewinnen. Dieses Verfahren ermöglicht es, das Silizium in einem industriellen Maßstab zu recyceln und für die Herstellung neuer PERC-Solarzellen (Passivated Emitter and Rear Cell) zu verwenden.
Der Recyclingprozess beginnt mit der mechanischen Zerkleinerung der ausgedienten Module. Anschließend werden Glas und Kunststoff von den Siliziumfragmenten getrennt. Durch nasschemisches Ätzen werden verbleibende Metallkontakte und Antireflexschichten entfernt, sodass hochreines Silizium übrig bleibt. Dieses recycelte Silizium dient als Ausgangsmaterial für die Produktion neuer Solarzellen, die in ihrer Effizienz mit Zellen aus neuem Silizium vergleichbar sind.
Dieses Verfahren stellt einen bedeutenden Fortschritt dar, da es nicht nur Ressourcen schont, sondern auch die Umweltbelastung reduziert und die Wirtschaftlichkeit des Recyclings erhöht.
Die nächste Generation: Perowskit-Solarzellen und deren Recycling
Neben den traditionellen Silizium-Solarzellen gewinnen Perowskit-Solarzellen zunehmend an Bedeutung. Perowskit-Materialien zeichnen sich durch ihre kostengünstige Produktion, Flexibilität und hohe Effizienz aus. Allerdings enthalten sie oft Blei, was Umweltbedenken hinsichtlich ihrer Entsorgung aufwirft.
Forscher der Universität Linköping in Schweden haben kürzlich eine umweltfreundliche Methode entwickelt, um Perowskit-Solarzellen vollständig zu recyceln. Anstelle von giftigen Lösungsmitteln verwenden sie Wasser, das mit Natriumacetat, Natriumiodid und hypophosphoriger Säure versetzt wird, um die Perowskit-Schichten aufzulösen. Durch Erhitzen und anschließendes Abkühlen können die Perowskit-Kristalle zu 99 Prozent zurückgewonnen werden. Auch andere Komponenten wie das Deckglas, die Elektroden und die Ladungstransportschicht lassen sich nahezu vollständig recyceln.
Dieses Verfahren ermöglicht es, die Materialien für die Herstellung neuer Solarzellen wiederzuverwenden, ohne dass deren Leistungsfähigkeit beeinträchtigt wird. Langfristig könnte diese Methode dazu beitragen, eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft für Perowskit-Solarzellen zu etablieren und die Umweltbelastung durch Blei zu minimieren.
Erfolgreiche Umsetzung in der Praxis: Ein Blick nach Australien
Ein praktisches Beispiel für erfolgreiches Recycling von Solarzellen findet sich in Brisbane, Australien. Dort hat das Unternehmen Pan Pacific Recycling eine Initiative gestartet, bei der alte Solarmodule in wertvolle Materialien wie Silber und Kupfer zerlegt werden. Diese Photovoltaik-Paneele, die einst nicht mehr in der Lage waren, Strom zu erzeugen, werden demontiert und in verschiedene Komponenten verarbeitet, ohne dabei giftige Dämpfe zu erzeugen oder Abfälle auf Deponien zu hinterlassen.
Diese Initiative adressiert das wachsende Problem von Solarabfällen in Australien, insbesondere angesichts der Tatsache, dass bis zu 70 Prozent der gebrauchten Module zuvor exportiert wurden. Durch den Import günstiger neuer Module aus China ist die Nachfrage nach gebrauchten Modulen gesunken, was das Abfallproblem verschärft hat. Nachhaltigkeitsbefürworter fordern daher ein nationales Programm zur Förderung von Recycling und Wiederverwendung, um sowohl wirtschaftliche als auch ökologische Vorteile zu erzielen.
Fazit: Der Weg zu einer nachhaltigen Solarindustrie
Die Solarindustrie steht an einem entscheidenden Punkt: Während die Nachfrage nach erneuerbaren Energien steigt, wächst auch die Verantwortung, den Lebenszyklus von Solarmodulen nachhaltig zu gestalten. Innovative Recyclingmethoden für sowohl Silizium- als auch Perowskit-Solarzellen sind essenziell, um Ressourcen zu schonen, Umweltbelastungen zu reduzieren und die Akzeptanz von Solarenergie weiter zu fördern.
Die beschriebenen Projekte und Initiativen zeigen, dass durch Forschung, Zusammenarbeit und praktische Umsetzung effektive Lösungen entwickelt werden können. Es liegt nun an Industrie, Politik und Gesellschaft, diese Ansätze zu unterstützen und flächendeckend zu implementieren, um die Solarenergie zu einer wirklich nachhaltigen Energiequelle der Zukunft zu machen.
Quellen
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Fraunhofer ISE. (2022). „PERC Solar Cells from 100 Percent Recycled Silicon“. Abgerufen von: https://www.ise.fraunhofer.de/en/press-media/press-releases/2022/solar-cells-from-recycled-silicon.html
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Linköping University. (2025). „The next-generation solar cell is fully recyclable“. Abgerufen von: https://liu.se/en/news-item/nasta-generations-solcell-ar-helt-atervinningsbar
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The Guardian. (2024). „Through the roof: how a Brisbane shed is turning old solar panels into silver and copper“. Abgerufen von: https://www.theguardian.com/environment/2024/oct/23/australia-ren
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