Jak przedstawiono to we wcześniejszej publikacji (artykuł: Rosnący popyt na srebro w fotowoltaice – problemy, trendy, innowacje – cz. 1) jednym z głównych problemów związanych z rozwojem przemysłu fotowoltaicznego jest rosnące zapotrzebowanie na srebro do produkcji ogniw PV.

Dane dotyczące zużycia srebra monitorowane są od lat. Najczęściej zużycie srebra podawane jest w mg/ogniwo. W okresie od 2007 do 2016 roku notowano wyraźny spadek konsumpcji srebra potrzebnego do wytworzenia pojedynczego ogniwa PV przy jednoczesnym wzroście zapotrzebowania na srebro potrzebne do produkcji wszystkich ogniw, które opuszczają fabryki. Biorąc pod uwagę, że w pewnym okresie zaczęto stosować coraz większe płytki krzemowe można było odnieść wrażenie, że redukcja srebra potrzebnego do wytworzenia ogniwa, nie jest już tak dynamiczna. Dlatego obecnie najczęściej podaje się ilość srebra potrzebnego do wytworzenia elektrody ogniwa w przeliczeniu na jego moc wyrażoną w mg/W. Trend pokazujący zapotrzebowanie na srebro w takim ujęciu pokazano na rysunku 1. 

Rys. 1. Zapotrzebowania na srebro do wykonania elektrody ogniwa fotowoltaicznego
w przeliczeniu na wat dla różnych technologii – źródło ITRPV2022 [4]

Jak wynika z analizy zawartej w raporcie ITRPV 2022 mediana zużycia srebra potrzebnego do wytworzenia elektrody ogniwa wyniosła odpowiednio 13,2 mg/W w roku 2021 i 12 mg/W w roku 2022. Dane dotyczą ogniw typu PERC zarówno jedno, jak i dwustronnych (bi-facial) oraz płytek krzemowych o rozmiarach M6 i M10, czyli 166 mm x 166 mm oraz 182 mm x 182 mm [4]. Prognozy (i oczekiwania runku) pokazują, iż celem jest osiągnięcie zapotrzebowania na srebro podczas produkcji pojedynczego ogniwa na poziomie 7,5 mg/W lub w przeliczaniu na ogniwo o wymiarach M10, 60mg/ogniwo. Na dzień dzisiejszy technologia sitodruku pozwala osiągnąć wartość około 90 mg/ogniwa dla płytek z typoszeregu M10. 

Aby osiągnąć tak ambitny cel, jakim jest zapotrzebowanie na srebro na poziomie 60 mg/ogniwo można nadal udoskonalać technologię sitodruku lub poszukiwać innych alternatywnych rozwiązań. Jednym z nich jest zamiana srebra na inny metal. Obiecująca wydawała się miedź. Jednak doświadczenia ostatnich lat pokazują, że ani pasty oparte na miedzi, ani osadzanie miedzi na cienkiej ścieżce wykonanej ze srebra nie przyjęły się na szerszą skalę. Autorzy raportu ITRPV 2022 wskazują, że żadna z tych koncepcji nie została wprowadzona do masowej produkcji. Główną przeszkodą są ciągle nie rozwiązane problemy związane z trwałością takich ogniw a dokładnie z degradacją ich sprawności w ujęciu wieloletnim. Autorzy raportu prognozują co prawda, że w 2032 roku elektrody na bazie miedzi mogą stanowić 5% światowej produkcji ale to wciąż za mało aby rozwiązać problem zapotrzebowania na srebro. Po raz kolejny okazuje się, że rynek ogniw fotowoltaicznych jest z jednej strony bardzo innowacyjny i stawia na nowe rozwiązania, a z drugiej strony jest bardzo konserwatywny kiedy nowe rozwiązania wiążą się z koniecznością dużej zmiany technologii produkcji. Wówczas największą barierą okazuje się wymiana parku maszynowego co pociąga za sobą ogromne inwestycje. 

Innowacje 

Na dzień dzisiejszy dane z produkcji pokazują, że srebro nadal będzie dominującym materiałem w produkcji ogniw PV. Dlatego też na popularności zyskują wszelkie koncepcje i innowacje, które mogłyby przyczynić się do zwiększenia recyklingu srebra. Jak wcześniej wykazano, moduły w których ogniwa wykonano z użyciem starych technologii mogą mieć nawet 400 mg srebra na każdym ogniwie. Moduły tego typu ze względu na wiek, potencjalne wady oraz postęp jaki dokonał się w produkcji będą sukcesywnie wycofywane z rynku. Dlatego też efektywne i ekologiczne metody recyklingu srebra mogą mieć znaczący udział w podaży tego metalu. 

Jedną z najnowszych i bardzo obiecujących metod jest zastosowanie ablacji laserowej do przekształcenia elektrod srebrowych w nanocząstki. Srebro w takiej postaci może zostać ponownie wykorzystane do produkcji past lub w innych gałęziach przemysłu. Nowa technologia jest na tyle obiecująca, że Departament Energii Stanów Zjednoczonych przyznał naukowcom z University of Virginia grant w wysokości 250 000 USD na zbadanie lepszych sposobów wydobywania srebra ze starych modułów fotowoltaicznych i ich transferu z powrotem do nowych modułów fotowoltaicznych lub innych zastosowań przemysłowych. Główny wykonawca w projekcie Mool Gupta (UVA engineering profesor) wskazuje jednocześnie, że metoda ablacji jest bardziej ekologiczna niż stosowane obecne procesy ekstrakcji srebra przy użyciu kwasu azotowego [5]. 

Aby jeszcze lepiej zobrazować wagę recyklingu srebra warto pokazać aspekt ekonomiczny. Według szacunków firmy konsultingowej Rystad Energy wszystkie nadające się do recyklingu materiały z paneli fotowoltaicznych na koniec okresu ich eksploatacji będą warte ponad 2,7 mld USD w 2030 r., w porównaniu ze 170 mln USD w tym roku, a wartość ta zbliży się do 80 miliardów dolarów do 2050 roku [5].

Podsumowanie

Srebro pozostanie czynnikiem krytycznym wpływającym na koszty produkcji ogniw i modułów PV. Do wyprodukowania 100 GW, najpopularniejszych obecnie ogniw PERC o sprawności 23%, zużyto w 2012 roku 1320 ton srebra. Zapotrzebowanie przemysłu fotowoltaicznego na srebro w 2021 wyniosło 11,4 % światowej jego produkcji [2]. Dlatego niezwykle ważne jest, aby kontynuować wszelkie wysiłki na rzecz obniżenia zużycia srebra, próby zastąpienia go innym metalem oraz wzrostu recyklingu. 

W artykule wykorzystano materiały własne autora oraz dane:

1. Ceny srebra na podstawie danych z portalu monex, data pobrania danych 26.02.2023 - https://www.monex.com/silver-prices/
2. “WORLD SILVER SURVEY 2022”, Raport The Silver Institute 2022
3. Brett Hallam, Moonyong Kim, Yuchao Zhang, Li Wang, Alison Lennon, Pierre Verlinden, Pietro P. Altermatt, Pablo R. Dias, “The silver learning curve for photovoltaics and projected silver demand for net-zero emissions by 2050”, Prog Photovolt Res Appl. 2022;1–9
4. “International Technology Roadmap for Photovoltaic (ITRPV)”, 2021 Results 13. Edition,
   Marzec 2022
5. Silver News, The Silver Institute, wrzesień 2022