Ученые Томского политехнического и Севастопольского государственного университетов разработали способ переработки отслуживших солнечных панелей в карбид кремния. Этот материал применяют, в частности, при производстве компонентов силовой электроники, нагревательных элементов и огнеупорной керамики.
Солнечные панели обычно служат около 20–30 лет, после чего превращаются в сложные многокомпонентные отходы. Помимо кремния, в них содержатся стекло, алюминий, медь, полимеры и другие материалы. Исследователи отмечают, что существующие способы переработки могут требовать дорогих или токсичных реагентов, а получаемое сырье не всегда удается использовать повторно.
Новый метод состоит из двух этапов. Сначала отслужившую поликристаллическую панель подвергают пиролизу при температуре около 500 °C. Это позволяет удалить полимерную прослойку и отделить кремнийсодержащий материал. Одновременно образуется твердый углеродный остаток, который затем можно использовать на следующем этапе.
После этого кремнийсодержащий материал смешивают с техническим углеродом и нагревают электрической дугой без вакуума до 1800 °C. В результате происходит образование карбида кремния. Весь процесс получения соединения занимает около одной минуты.
Исследователи отдельно изучили влияние количества углерода на состав конечного продукта. При увеличении его содержания в исходной смеси с нуля до 30% доля карбида кремния выросла с 46% до 61%. Одновременно содержание свободного кремния снизилось с 19,7% до 8,3%, а диоксид кремния практически исчез из состава.
По данным ученых, предварительный пиролиз также помогает уменьшить количество нежелательных примесей. После такой обработки в конечном продукте исчезает фаза силицида железа, что повышает долю целевого соединения.
Карбид кремния обладает высокой твердостью, термостойкостью, устойчивостью к коррозии и хорошей теплопроводностью. Благодаря этим свойствам его используют не только как абразивный и керамический материал, но и в силовой электронике.
Читайте также:
Квантовый процессор IBM за 19 секунд выполнил задачу для суперкомпьютера на 110 лет
Тепло от дата-центров предлагают использовать для отопления домов
«Ростех» создал «умную» противопожарную защиту, рассчитанную на Крайний Север