Les scientifiques de Skoltech et leurs collègues de l'Université d'État Lomonossov de Moscou (MSU) ont développé une nouvelle méthode de recyclage du silicium. Leurs recherches ont été publiées dans ACS Chimie et Ingénierie Durables .

La majorité des panneaux solaires produits en quantités toujours croissantes utilisent du silicium. Les panneaux solaires qui ont généralement une durée de vie de 25 à 30 ans ont tendance à se dégrader et à produire moins d'électricité avec le temps, faire du recyclage des déchets de silicium un problème brûlant. Si nous ne faisons rien pour recycler les déchets de silicium, notre planète se retrouvera encombrée de 60 millions de tonnes de panneaux photovoltaïques usagés d'ici 2050. La conversion du silicium en nanoparticules d'oxyde de silicium a des implications importantes pour l'environnement en traitant la question du recyclage des déchets de silicium et en fournissant une nouvelle source de nanoparticules pour divers usages en science et industrie.

Un groupe de chercheurs dirigé par Stanislav Evlashin, chercheur principal au Skoltech Center for Design, Fabrication et Matériaux (CDMM), a démontré une méthode simple et efficace à 100 % pour convertir des plaquettes de silicium en nanoparticules dans une solution aqueuse. Cette découverte peut aider à trouver un moyen écologique de recycler le silicium sans utiliser de produits chimiques toxiques.

Le nouveau procédé de conversion contrôlable permet de contrôler les tailles des nanoparticules qui peuvent ensuite être réutilisées en optique, photonique, Médicament, et d'autres domaines.

"Les panneaux utilisés sont convertis en nanoparticules par synthèse hydrothermale dans un environnement aqueux. L'avantage de ce procédé est que la taille des nanoparticules peut être contrôlée dans une plage de 8 à 50 nm sans utiliser beaucoup d'équipement, " explique Evlashin.

Les chercheurs ont utilisé trois types de plaquettes de silicium dans l'expérience :HR (Haute résistivité), Type N (dopé à l'azote), et de type P (dopé au phosphore). Leurs calculs théoriques basés sur la théorie fonctionnelle de la densité ont montré que les liaisons Si-H se forment à la surface des plaques HR même sans utiliser d'ammoniac comme catalyseur. La réaction peut également être accélérée en utilisant des additifs, tels que les dopants au phosphore et au bore, et les défauts moléculaires (dans le cas des panneaux solaires).

« La grande majorité des méthodes utilisées pour synthétiser des nanoparticules d'oxyde de silicium sont basées sur l'approche ascendante et, donc, utiliser des alcoxydes comme précurseur. Par contre, la nôtre est une méthode descendante qui utilise du silicium en vrac comme source, ce qui crée une multitude d'avantages, comme la simplicité, évolutivité, et une distribution granulométrique contrôlable. La température et le temps d'hydrolyse sont les paramètres clés de la synthèse qui influencent la distribution granulométrique. Nous avons remarqué qu'une augmentation du pH a un effet important sur la vitesse de formation des particules. C'est pourquoi nous avons utilisé de l'ammoniaque qui a rendu la réaction en milieu aqueux beaucoup plus rapide, " dit Julia Bondareva, un doctorat Skoltech. étudiant.

"Nous avons décidé de comprendre comment les nanoparticules se forment au cours du processus, entre autres. Pour faire ça, nous avons utilisé un modèle de nucléation hétérogène avec un nombre fini de centres de nucléation répartis sur la surface de la source de silicium, " dit Timur Aslyamov, chercheur principal chez Skoltech.

En plus du silicium pur, les scientifiques ont utilisé des panneaux solaires industriels basés sur l'hétérostructure Si-ITO qui se sont comportés de la même manière que des panneaux de silicium et ont été convertis avec succès en nanoparticules. Cette recherche marque une étape majeure vers le recyclage sans danger pour l'environnement des déchets de silicium et la création de nouvelles sources de nanoparticules d'oxyde de silicium.