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多晶硅太阳能电池片的回收再利用研究

[导读]从废弃的太阳能电池片中回收多晶硅原材料对于环境保护和材料的循环再利用具有重要意义。

当今世界正面临着空前的环境和能源危机, 煤炭、原油、天然气等传统能源将在未来 40~60 年枯竭。这些化石能源的缺乏, 严重制约着世界经济和社会的发展。与此同时, 化石燃料燃烧产生的大量CO 2 加剧了全球温室效应。世界各国开始重视开发安全、清洁、高效的新兴能源。太阳能作为一种新兴的可再生能源具有如下优势: (1) 储量丰富; (2)长久性; (3) 普遍性; (4) 洁净安全; (5)经济性。因此显现出广阔的发展前景。


在众多太阳能电池中, 晶体硅太阳能电池一直占据光伏市场的主导地位。晶硅太阳能电池光伏系统主要包含硅、铝、银、铜、玻璃和塑料等材料。其中, 电池的主要部分——多晶硅具有很高的回收价值, 其余的材料如铝背板、银栅线、镀锡铜线和玻璃等的回收价值也不可小觑。


此外, 随着太阳能电池固体废弃物的大幅增长,也使得研发太阳能电池片的低成本回收技术势在必行。由于整个光伏系统组件老化等原因, 预计到2020 年, 将会有大批的太阳能电池面临退役。届时,太阳能电池的累计废弃量会给环境造成重压。与此同时, 太阳能电池原材料的需求也随之增加。如果能将废弃的太阳能电池片回收利用, 则既可以解决环境问题, 又可以降低产业成本。有研究表明 ,将回收之后的硅晶片经过熔铸形成高纯硅, 比起从石英砂中提炼硅, 其成本要低得多。


目前, 国外比较先进的回收太阳能电池片的技术有以下两种: (1)比利时 BP Solar 公司曾经将 36个电池片组成的太阳能电池组件放入硝酸中, 在60℃下反应 25 h, 将电池片组件进行分离。同时, 电池片的正电极银和负电极铝也完全去除, 成功回收硅晶片。(2)德国的 Deutsche Solar AG 研发了一种晶体硅光伏组件示范技术, 是至今比较成熟的回收方法。


我国对太阳能电池回收的研究集中在包括各个组件的整体回收, 但尚未有成熟的技术手段来解决组件中单个组分的回收利用问题。且国外对太阳能电池片的回收技术也存在一定问题, 比如反应时间长、能耗大等。


本研究为了实现多晶硅太阳能电池片的高效回收再利用, 采用化学溶解及超声清洗法去除太阳能电池片背面铝电极、正面银电极以及氮化硅减反射膜, 得到了纯净的硅晶片, 确定了本研究的最佳实验条件。



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