Recyclage solaire simplifié : la promesse des soudures laser

Les chercheurs du Laboratoire national des énergies renouvelables (NREL) du Département de l’Énergie des États-Unis ont mené une étude de preuve de concept révélant que l’utilisation de lasers femtosecondes pour former des soudures verre-verre dans les modules solaires faciliterait leur recyclage.

Élimination des feuilles de polymère plastique

Actuellement, les modules solaires sont fabriqués en laminant des feuilles de polymère plastique entre les cellules solaires et les plaques de verre. Bien que ces polymères assurent la cohésion de l’ensemble, ils compliquent considérablement le processus de recyclage. Les soudures au laser femtoseconde permettraient de se passer complètement de ces polymères.

Comme l’explique David Young, scientifique principal et responsable du groupe Photovoltaïque Cristallin à Haut Rendement du département Chimie et Nanosciences du NREL, « la plupart des recycleurs confirmeront que les polymères sont le principal obstacle au recyclage ».

Un recyclage facilité en fin de vie

Grâce aux soudures laser, les modules solaires en fin de vie pourront simplement être brisés. Le verre et les fils métalliques traversant les cellules solaires seront alors aisément recyclables, tandis que le silicium pourra être réutilisé.

La technique est applicable à tout type de technologie solaire, qu’il s’agisse de silicium, de pérovskites ou de tellurure de cadmium. En effet, la chaleur de la soudure reste confinée à quelques millimètres du point focal du laser, préservant ainsi l’intégrité des matériaux semi-conducteurs.

Des soudures aussi résistantes que le verre

Les recherches du NREL ont démontré que les soudures verre-verre réalisées au laser femtoseconde sont essentiellement aussi solides que le verre lui-même. « Tant que le verre ne se brise pas, la soudure ne cédera pas », affirme Young.

Toutefois, l’absence de polymères entre les plaques de verre nécessite des modules soudés beaucoup plus rigides. L’étude a montré qu’avec un montage approprié et une modification des caractéristiques en relief du verre laminé, un module soudé pouvait être suffisamment rigide pour réussir les tests de charge statique.

Une première dans l’industrie solaire

Les travaux du NREL constituent la première utilisation d’un laser femtoseconde pour former des soudures verre-verre destinées à un module solaire. Par le passé, un autre type de scellement des bords utilisant des lasers nanosecondes et un matériau de remplissage en fritte de verre avait été testé, mais les soudures s’étaient avérées trop fragiles pour être utilisées dans des conceptions de modules d’extérieur.

Les soudures au laser femtoseconde offrent quant à elles une résistance supérieure avec une étanchéité hermétique, le tout à un coût intéressant. Bien que qualifiée de «risquée mais à fort potentiel» par Young, cette recherche ouvre la voie à de futures avancées visant à prolonger la durée de vie des modules solaires au-delà de 50 ans et à faciliter leur recyclage.

David L. Young et al, Towards Polymer-Free, Femto-Second Laser-Welded Glass/Glass Solar Modules, IEEE Journal of Photovoltaics (2024). DOI: 10.1109/JPHOTOV.2024.3364823