fr.wedoany.com Rapport : L’Institut Liten (Laboratoire d’Innovation pour les Technologies des Énergies Nouvelles et les Nanomatériaux), dépendant du Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), a mis au point une nouvelle technologie permettant de récupérer l’indium à partir de panneaux solaires à hétérojonction (HJT) en fin de vie.
L’indium est un matériau clé de la couche d’oxyde conducteur transparent dans les cellules solaires à hétérojonction, et sa récupération est cruciale pour une fabrication durable et la gestion future des déchets. Selon Romain Duwald, auteur correspondant, cette étude permet de récupérer l’indium directement à partir des cellules solaires par lixiviation acide dans des conditions douces. La méthode utilise de l’acide oxalique dilué pour lixivier la couche d’oxyde d’indium-étain (ITO), ce qui est moins nocif que les acides inorganiques traditionnels, et permet de récupérer l’indium avec une pureté de 4N en une seule étape. Ce procédé permet également de séparer l’argent des plaquettes de silicium, ouvrant la voie à la récupération de ce métal précieux.
Les méthodes de récupération hydrométallurgiques traditionnelles reposent généralement sur l’acide chlorhydrique, l’acide sulfurique ou l’acide nitrique pour la lixiviation acide, souvent associés à des oxydants comme le peroxyde d’hydrogène, mais la séparation efficace de l’indium et de l’étain reste un défi majeur. Les chercheurs proposent une méthode en deux étapes en un seul pot, basée sur l’acide oxalique doux, qui permet de lixivier l’oxyde d’indium-étain, de libérer les grilles d’argent et, finalement, de récupérer l’indium sous forme d’oxyde pour le réutiliser.
Dans l’expérience, l’équipe a utilisé de la poudre d’oxyde d’indium-étain de haute pureté, de l’acide oxalique, de l’acide sulfurique et du peroxyde d’hydrogène, ainsi que des cellules solaires à hétérojonction fournies par le CEA INES. Ces cellules sont constituées de plaquettes de silicium recouvertes d’oxyde d’indium-étain et d’argent sur les deux faces. La poudre d’oxyde d’indium-étain a été dispersée dans une solution acide, chauffée entre 40 °C et 70 °C pendant 48 heures, puis refroidie et filtrée pour recueillir le lixiviat. Les cellules solaires, après broyage, ont été traitées avec de l’acide oxalique dans des conditions de rapport solide-liquide contrôlées pour favoriser la lixiviation de l’oxyde d’indium-étain. Le taux de lixiviation des métaux a été calculé à partir des concentrations d’indium et d’étain mesurées dans la solution par rapport à la composition initiale du matériau.
Des analyses chimiques par spectrométrie d’émission optique à plasma à couplage inductif ont été réalisées pour quantifier les métaux dissous. La phase solide a été caractérisée par diffraction des rayons X sur poudre (utilisant la radiation Cu Kα) pour identifier les structures cristallines et les produits de réaction. Les diagrammes obtenus ont été interprétés à l’aide de bases de données de référence et de logiciels d’analyse. La microscopie électronique à balayage a été utilisée pour observer les changements microstructuraux, et la spectroscopie à rayons X à dispersion d’énergie a fourni des cartes de distribution élémentaire et des analyses de composition. Ces techniques ont permis d’évaluer l’efficacité de dissolution, l’évolution des phases et la récupération des métaux.
Les résultats montrent qu’à température ambiante, l’acide sulfurique entraîne une dissolution lente de l’indium, tandis que le peroxyde d’hydrogène améliore significativement la lixiviation en favorisant la décomposition de l’oxyde par des réactions d’oxydoréduction. L’acide oxalique permet également une lixiviation modérée de l’indium, avec des performances comparables à celles de l’acide sulfurique dans des conditions réductrices douces. L’augmentation de la température à 70 °C accélère considérablement tous les systèmes, permettant une récupération quasi complète de l’indium dans les milieux à base d’acide sulfurique, tandis que l’acide oxalique présente des rendements élevés mais instables en raison d’effets de précipitation. Dans l’acide oxalique, l’indium forme rapidement de l’oxalate d’indium insoluble, confirmé par diffraction des rayons X et analyse thermique, ce qui explique la diminution de l’indium dissous au fil du temps.
Les études cinétiques montrent en outre que des températures plus élevées améliorent considérablement l’efficacité de lixiviation, l’acide oxalique donnant de meilleurs résultats dans les premières étapes, tandis que l’acide sulfurique offre des taux d’extraction finaux plus stables. Les calculs d’énergie d’activation indiquent que le processus est contrôlé chimiquement et non limité par la diffusion, la dissolution de l’indium et de l’étain étant toutes deux régies par des réactions interfaciales. L’acide oxalique agit également à la fois comme agent réducteur et agent complexant, influençant le comportement de dissolution de l’indium et de l’étain selon les conditions. Une expérience de validation de concept sur des cellules solaires à hétérojonction de silicium a confirmé l’élimination efficace de la couche d’oxyde d’indium-étain, la libération sélective des grilles d’argent et la précipitation et la calcination réussies d’oxyde d’indium de haute pureté.
Les chercheurs indiquent qu’après avoir optimisé les paramètres de lixiviation de l’indium, les meilleures conditions ont été déterminées comme étant une solution d’acide oxalique à 0,2 M traitée à 70 °C pendant 4 heures, permettant d’atteindre un rendement en indium de 97 % dans la solution. La dissolution de la couche d’oxyde d’indium-étain a permis le détachement des grilles d’argent des plaquettes de silicium. Dans ces conditions douces, l’indium et l’étain sont lixiviés sélectivement, puis les cations d’indium sont complexés par les anions oxalate, entraînant la précipitation d’oxalate d’indium, ce qui permet de séparer l’indium et l’étain en une seule étape de filtration.
L’équipe vise à étendre cette méthode de récupération à d’autres matériaux à base d’oxyde d’indium (In₂O₃). Cette technique de récupération a été publiée dans la revue Solar Energy Materials and Solar Cells, sous le titre « Récupération efficace de l’indium et extraction directe des grilles d’argent à partir de cellules solaires à hétérojonction ».
