Gli scienziati di Skoltech e i loro colleghi della Lomonosov Moscow State University (MSU) hanno sviluppato un nuovo metodo di riciclaggio del silicio. La loro ricerca è stata pubblicata in Chimica e ingegneria sostenibili ACS .

La maggior parte dei pannelli solari prodotti in quantità sempre maggiori utilizza silicio. I pannelli solari che di solito hanno una durata di 25-30 anni tendono a degradarsi e a produrre meno elettricità nel tempo, rendendo il riciclaggio dei rifiuti di silicio un problema scottante. Se non facciamo nulla per riciclare i rifiuti di silicio, il nostro pianeta finirà per essere ingombro di 60 milioni di tonnellate di pannelli fotovoltaici usati entro il 2050. La conversione del silicio in nanoparticelle di ossido di silicio ha importanti implicazioni per l'ambiente, affrontando il problema del riciclaggio dei rifiuti di silicio e fornendo una nuova fonte di nanoparticelle per vari usi nella scienza e industria.

Un gruppo di ricercatori guidati da Stanislav Evlashin, un ricercatore senior presso lo Skoltech Center for Design, Produzione e materiali (CDMM), ha dimostrato un metodo semplice ed efficiente al 100% per convertire i wafer di silicio in nanoparticelle in una soluzione acquosa. Questa scoperta può aiutare a trovare un modo ecologico per riciclare il silicio senza utilizzare sostanze chimiche tossiche.

Il nuovo processo di conversione controllabile consente di controllare le dimensioni delle nanoparticelle che possono poi essere riutilizzate in ottica, fotonica, medicinale, e altri campi.

"I pannelli utilizzati vengono convertiti in nanoparticelle utilizzando la sintesi idrotermale in un ambiente acquoso. L'aspetto positivo di questo processo è che le dimensioni delle nanoparticelle possono essere controllate entro un intervallo da 8 a 50 nm senza utilizzare molte apparecchiature, " spiega Evlashin.

I ricercatori hanno utilizzato tre tipi di wafer di silicio nell'esperimento:HR (alta resistività), Tipo N (drogato con azoto), e tipo P (drogato con fosforo). I loro calcoli teorici basati sulla teoria del funzionale della densità hanno mostrato che i legami Si-H si formano sulla superficie delle piastre HR anche senza utilizzare l'ammoniaca come catalizzatore. La reazione può anche essere accelerata utilizzando additivi, come droganti di fosforo e boro, e difetti molecolari (nel caso dei pannelli solari).

"La stragrande maggioranza dei metodi utilizzati per sintetizzare le nanoparticelle di ossido di silicio si basa su un approccio dal basso verso l'alto e, perciò, utilizzare gli alcossidi come precursori. Al contrario, il nostro è un metodo top-down che utilizza il silicio sfuso come fonte, che crea una ricchezza di vantaggi, come semplicità, scalabilità, e distribuzione granulometrica controllabile. La temperatura e il tempo di idrolisi sono i parametri chiave della sintesi che influenzano la distribuzione granulometrica. Abbiamo notato che un aumento del pH ha un forte effetto sulla velocità di formazione delle particelle. Questo è il motivo per cui abbiamo utilizzato l'ammoniaca che ha reso la reazione in un mezzo acquoso molto più veloce, "dice Giulia Bondareva, un dottorato di ricerca Skoltech. alunno.

"Abbiamo deciso di capire come si formano le nanoparticelle nel processo, tra l'altro. Per fare questo, abbiamo utilizzato un modello di nucleazione eterogeneo con un numero finito di centri di nucleazione distribuiti sulla superficie della sorgente di silicio, "dice Timur Aslyamov, un ricercatore senior presso Skoltech.

Accanto al silicio puro, gli scienziati hanno utilizzato pannelli solari industriali basati sull'eterostruttura Si-ITO che si comportano allo stesso modo dei pannelli di silicio e sono stati convertiti con successo in nanoparticelle. Questa ricerca segna un'importante pietra miliare verso il riciclaggio sicuro per l'ambiente dei rifiuti di silicio e la creazione di nuove fonti di nanoparticelle di ossido di silicio.