Recycling von PV-Modulen mittels Laser Lift-Off-Verfahren

Abstract

Diese Diplomarbeit untersucht das Recycling von Photovoltaik-Modulen (PV-Modulen) mittels Laser-Lift-Off-Verfahren mit dem Ziel, insbesondere das Glas rückstandslos vom restlichen Modul zu trennen. Aufgrund bislang unzureichender Trennungsverfahren sowie der in naher Zukunft stark zunehmenden Menge ausgedienter PV-Module ist dieses Thema von zentraler Bedeutung für eine funktionierende Kreislaufwirtschaft.Der Schwerpunkt der Arbeit liegt auf der Bearbeitung von PV-Modulen mit gepulsten Lasern. Dabei werden kurze Laserpulse in einem vordefinierten Rastermuster auf die Grenzfläche zwischen Glas und Polymer appliziert, wodurch eine kontrollierte Schwächung der Verbundzone erreicht wird. In einem weiteren Schritt wird die verbleibende Haftung zwischen Glas und Polymer mithilfe einer Zugmaschine quantitativ erfasst. Auf Grundlage dieser Messungen werden die Laserparameter gezielt variiert, um den erforderlichen Kraftaufwand für die Trennung der Materialfraktionen zu minimieren.Die Ergebnisse zeigen, dass die Variation laserrelevanter Parameter, insbesondere Wellenlänge, Systemleistung und eingebrachte Energie, zu einer deutlichen Reduktion der Bindungskraft zwischen Glas und Polymer. Daraus ergibt sich, dass das Laser-Lift-Off-Verfahren für das Recycling von PV-Modulen nicht nur im Labormaßstab anwendbar ist, sondern auch ein hohes Potenzial für eine industrielle Umsetzung aufweist.

This diploma thesis investigates the recycling of photovoltaic (PV) modules using the laser lift-off process, with a particular focus on the residue-free separation of the glass from the remaining module components. Due to currently insufficient separation methods and the rapidly increasing number of PV modules reaching the end of its service life in the near future, this topic is of central importance for an effective circular economy of PV modules.The core of this work is the processing of PV modules using pulsed lasers. Short laser pulses are applied to the interface between glass and polymer following a predefined raster pattern, resulting in a controlled weakening of the bonding zone. In a subsequent step, the remaining adhesion between glass and polymer is quantitatively measured using a tensile testing machine. Based on these measurements, the laser parameters are systematically varied in order to minimize the force required for the separation of the material fractions.The results demonstrate that variation of laser-related parameters, in particular wavelength, system power, and the energy introduced into the sample, leads to a significant reduction in the bonding force between glass and polymer. The findings indicate that the laser lift-off process is not only feasible on a laboratory scale but also represents a promising approach for industrial application in the recycling of PV modules.