Исследователи из Томского политехнического университета и Севастопольского государственного университета разработали двухэтапный метод переработки отслуживших фотоэлектрических модулей в карбид кремния. Об этом сообщает «Хайтек» со ссылкой на исследование в журнале Silicon.
Современные фотоэлектрические панели служат в среднем от 20 до 30 лет, после чего превращаются в сложный многокомпонентный мусор. Эти отходы содержат стекло, алюминий, кремний, медь и токсичные полимеры. Существующие химические и механические методы утилизации требуют дорогих реагентов и дают на выходе продукт низкого качества, который невозможно использовать повторно.
Российские специалисты решили эту проблему с помощью двухстадийной экологичной технологии, взяв для эксперимента отслужившую поликристаллическую панель. На первом этапе инженеры применили метод пиролиза и нагрели кремниевую основу до 500 °C. Такая термическая обработка позволила полностью разрушить и удалить мешающие полимерные слои.
Помимо очистки кремния, предварительный пиролиз помог ученым собрать полезные сопутствующие газы и твердый углеродный остаток. Средний выход углерода составил почти 45,8% от общей массы обрабатываемого материала. При этом система зафиксировала выделение безопасных объемов метана, угарного и углекислого газов.
На втором этапе исследователи смешали очищенный кремнийсодержащий материал с техническим углеродом. Полученную смесь специалисты обработали безвакуумной электрической дугой при температуре 1 800 °C. Физико-химический синтез ценного соединения занял всего одну минуту.
Высокотемпературная дуговая обработка полностью ликвидировала фазу силицида железа, которая обычно выступает в роли нежелательной примеси. Авторы работы также изучили влияние пропорций компонентов на качество конечного сырья. Увеличение доли углерода в исходной смеси до 30% повысило концентрацию целевого карбида кремния с 46% до 61%.
Одновременно с этим ученые зафиксировали снижение свободного кремния до 8,3%, а доля диоксида кремния упала до следовых количеств. Полученный из отходов карбид кремния обладает экстремальной термостойкостью, прочностью и высокой теплопроводностью. Промышленность использует этот востребованный материал для создания огнеупорной керамики и компонентов силовой электроники.
Обложка: magnific
