Los científicos de Skoltech y sus colegas de la Universidad Estatal de Moscú Lomonosov (MSU) han desarrollado un nuevo método de reciclaje de silicio. Su investigación fue publicada en Química e ingeniería sostenibles de ACS .

La mayoría de los paneles solares que se producen en cantidades cada vez mayores utilizan silicio. Los paneles solares que suelen tener una vida útil de 25 a 30 años tienden a degradarse y a producir menos electricidad con el tiempo. haciendo que el reciclaje de residuos de silicio sea un tema candente. Si no hacemos nada para reciclar los residuos de silicio, nuestro planeta terminará abarrotado con 60 millones de toneladas de paneles fotovoltaicos usados ​​para 2050. La conversión de silicio en nanopartículas de óxido de silicio tiene importantes implicaciones para el medio ambiente al abordar el problema del reciclaje de residuos de silicio y proporcionar una nueva fuente de nanopartículas para diversos usos en la ciencia y industria.

Un grupo de investigadores dirigido por Stanislav Evlashin, un científico investigador senior en el Skoltech Center for Design, Fabricación y Materiales (CDMM), demostró un método simple y 100% eficiente para convertir obleas de silicio en nanopartículas en una solución acuosa. Este descubrimiento puede ayudar a encontrar una forma ecológica de reciclar el silicio sin utilizar productos químicos tóxicos.

El nuevo proceso de conversión controlable permite controlar los tamaños de las nanopartículas que luego se pueden reutilizar en óptica, fotónica, medicamento, y otros campos.

“Los paneles usados ​​se convierten en nanopartículas mediante síntesis hidrotermal en un ambiente acuoso. Lo bueno de este proceso es que los tamaños de las nanopartículas se pueden controlar dentro de un rango de 8 a 50 nm sin usar muchos equipos, "explica Evlashin.

Los investigadores utilizaron tres tipos de obleas de silicio en el experimento:HR (alta resistividad), Tipo N (dopado con nitrógeno), y tipo P (dopado con fósforo). Sus cálculos teóricos basados ​​en la teoría funcional de la densidad mostraron que los enlaces Si-H se forman en la superficie de las placas HR incluso sin usar amoníaco como catalizador. La reacción también puede acelerarse mediante el uso de aditivos, como dopantes de fósforo y boro, y defectos moleculares (en el caso de los paneles solares).

"La gran mayoría de los métodos utilizados para sintetizar nanopartículas de óxido de silicio se basan en el enfoque ascendente y, por lo tanto, utilizar alcóxidos como precursor. Por el contrario, el nuestro es un método de arriba hacia abajo que utiliza silicio a granel como fuente, que crea una gran cantidad de ventajas, como la sencillez, escalabilidad y distribución controlable del tamaño de partículas. La temperatura y el tiempo de hidrólisis son los parámetros clave de la síntesis que influyen en la distribución del tamaño de partículas. Notamos que un aumento en el pH tiene un fuerte efecto sobre la tasa de formación de partículas. Es por eso que usamos amoníaco que hizo que la reacción en un medio acuoso fuera mucho más rápida, "dice Julia Bondareva, un Ph.D. de Skoltech. estudiante.

"Decidimos averiguar cómo se forman las nanopartículas en el proceso, entre otras cosas. Para hacer esto, utilizamos un modelo de nucleación heterogéneo con un número finito de centros de nucleación distribuidos sobre la superficie de la fuente de silicio, "dice Timur Aslyamov, un científico investigador senior en Skoltech.

Junto al silicio puro, los científicos utilizaron paneles solares industriales basados ​​en la heteroestructura Si-ITO que se comportaron de la misma manera que los paneles de silicio y se convirtieron con éxito en nanopartículas. Esta investigación marca un hito importante hacia el reciclaje ambientalmente seguro de residuos de silicio y la creación de nuevas fuentes de nanopartículas de óxido de silicio.