理论教育 如何回收太阳能组件?

如何回收太阳能组件?

时间:2023-06-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:太阳能组件的回收特别是硅组件回收受到的关注较少。然而晶体硅组件占据了大约90%的市场份额,目前仍没有建立相关的回收利用技术。现在留下的晶体硅太阳电池仍保留焊接的铜线,焊料通常含有锡和铅。如图3.1a所示,晶体硅太阳电池硅片的厚度为180~200μm,采用几十微米厚的银和铝作前栅极和背电极。报废晶体硅太阳电池经过该处理以后仍然是完好的。发展一种更为有效的过程从废弃的晶体硅太阳电池中回收更多的硅是值得的。

如何回收太阳能组件?

太阳能组件的回收特别是硅组件回收受到的关注较少。这一问题将在约15年后变得显著起来,即今天安装的组件到了其寿命终点之时,这些报废的组件将开始散落在公路两边或者堆砌在废品回收站内。由于担心有毒性的镉,碲化镉组件今天已经实现了回收利用。然而晶体硅组件占据了大约90%的市场份额,目前仍没有建立相关的回收利用技术。需要指出的是,熔融到硅中的银需要从报废组件中提取出来。

在60TWp稳定安装总量和25年平均组件寿命的前提下,每年将会产生2.4TWp的报废组件。如果硅组件的效率是16.8%,那么这些报废组件的面积将是1.43×104 km2或5.52×103 mile2。这相当于美国康涅狄格州的面积,即全球每年需要回收一个康涅狄格州面积大小的报废组件。如果不加以回收,报废组件将很快把地球变成一个垃圾场

回收利用晶体硅组件并不是一件简单直接的工作。前表面玻璃可以从组件上剥离出来;它们可以被清洗,然后重新利用到新组件或者作为原料用于制备新的玻璃板。聚合物背膜和乙烯-醋酸乙烯共聚物可以通过400℃热处理烧掉,不过该过程会产生少量的二氧化碳。如果背板是金属,则可以被清洗,重新用于新组件或被熔化而作为新的背膜。现在留下的晶体硅太阳电池仍保留焊接的铜线,焊料通常含有锡和铅。如图3.1a所示,晶体硅太阳电池硅片的厚度为180~200μm,采用几十微米厚的银和铝作前栅极和背电极。报废电池上还有大约75nm厚的氮化硅层,该层缺乏回收利用的价值。此外,还有少量的硼、磷和铝作为硅的掺杂剂,它们必须从回收的硅料中去除。(www.daowen.com)

我们可以将报废晶体硅太阳电池作为不纯的冶金级硅料来处理,并采用如图4.1和图4.6所示的工艺流程去处理并用于制造高纯的多晶硅和新的晶体硅组件。相比于从石英作为原料制造电池组件来说,这一方法的优势并不明显。这是因为报废晶体硅太阳电池同样必须经历如图4.1和图4.6所示的高能耗处理步骤。我们还必须添加额外的处理步骤来提炼报废电池中的银、锡、铅和铜等材料,这也会增加成本。在制备三氯氢硅中,银、锡、铅和铜等材料有可能以氯化物的形式残留在剩余的废料中,如氯化银、氯化亚锡、氯化铜和氯化亚铅等,这是因为这些物质有着比三氯氢硅和其他杂质(硼、磷、氮和铝等)都高得多的沸点。这些金属氯化物的沸点可以从氯化亚锡的623℃到氯化银的1547℃。目前尚不清楚如何将银、锡、铜和铅等材料从残留物中分离出来,因为残留物中同时也含有许多其他的元素。

我们想到的一个更为合理可行的解决方法是回收报废晶体硅电池中90%的银和80%的硅。铜线、锡和铅焊料、银栅线可以采用化学法或电解法从报废电池硅片上溶解下来。这样的处理方法可以将大部分的银、锡、铅和铜等(大约90%)回收到溶液中,但熔入硅中的银可能不行。通过电解将金属离子从溶液中还原分离为银、锡、铅和铜等固体单质是一种可行的方法。该方法可以通过对溶液施加不同的还原电势来实现。报废晶体硅太阳电池经过该处理以后仍然是完好的。我们可以进一步用化学法将铝和氮化硅从晶体硅太阳电池上溶解下来。剩余的硅片的前表面含有少量熔入的银和重掺磷,背表面则有重掺铝。背面的重掺铝层通常为10~20μm厚。目前已有成熟的化学方法在溶液中把硅片两面腐蚀掉约20μm材料。该方法可以把背表面的重掺杂铝层和前表面的重掺杂磷层去除。剩余的是厚度约为150μm、硼浓度约为1016 cm-3的硅片。剩余硅片的纯度和掺杂度则是适合作为直拉法或定向铸造法制备硅晶体的原料。然而,目前仍然缺乏有效的技术将溶解在溶液中的硅提取为超纯的固体硅,这里面大约含有报废晶体硅电池中20%的硅料。发展一种更为有效的过程从废弃的晶体硅太阳电池中回收更多的硅是值得的。

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