直接回收硅片！中科院發(fā)明廢晶硅光伏組件硅片回收升級技術(shù)

光伏組件回收正越來越被重視，將報廢組件中的硅材料重新加工和提純，再次用于光伏產(chǎn)業(yè)鏈以制造新電池的技術(shù)已被證明是一項重大挑戰(zhàn)。最近，中科院大學(xué)許新海、汪印、賴登國等人發(fā)明了一種廢晶硅光伏組件回收升級技術(shù)，成功地獲得了具有完整結(jié)構(gòu)、最小化厚度和優(yōu)異光捕獲能力的理想且高純度的硅片。

該成果已發(fā)表于《Resources, Conservation &Recycling》，并被收錄于《sciencedirect》。

1.回收硅的再利用價值

回收和再利用是抵消環(huán)境影響并將廢棄光伏組件轉(zhuǎn)化為光伏行業(yè)可持續(xù)資源的最具吸引力的策略之一，因此，許多努力都集中在從廢棄光伏組件中回收資源，特別是從占據(jù)主要市場份額的c-Si基光伏組件中回收結(jié)晶硅 (c-Si)。

通過化學(xué)溶解和熱分解去除有價值的鋁邊框，分離后殘留的封裝材料EVA，可以進(jìn)一步回收鋼化玻璃、Si電池和Cu焊帶。太陽能級硅可以回收，然后進(jìn)行化學(xué)蝕刻純化工藝，并作為太陽能電池制造的原材料重新注入。

硅太陽能電池的功率轉(zhuǎn)換效率主要取決于它們的電學(xué)和光學(xué)性能，包括硅片的質(zhì)量(例如本征純度、厚度)、金屬電極、表面鈍化和表面結(jié)構(gòu)的光捕獲能力(Ye et al.,2014)。對于非破壞性回收的硅晶片，很難通過提高其固有純度來增強(qiáng)電性能，除非將它們?nèi)廴谝栽佻F(xiàn)硅錠。

然而，如果將廢棄組件中的硅以碎片或粉末的形式回收，再用于硅錠生產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)和環(huán)境成本高，導(dǎo)致盈利能力不足，無法維持工藝的可持續(xù)性，并且從回收的硅晶片中再生太陽能電池往往表現(xiàn)出轉(zhuǎn)換效率下降的趨勢，這對于當(dāng)前競爭激烈的光伏市場來說是不可接受的，因此這種方法獲得的硅材料一般都用到純度要求較低的應(yīng)用。

因此需要尋求具有成本效益、可持續(xù)和良性的選擇?？茖W(xué)家提出了在商業(yè)光伏組件中回收具有直接再利用特征的完整硅硅片以用于新太陽能電池再制造的理想回收模式。

2.跳過硅錠，直接回收硅片

中國科學(xué)院城市污染物轉(zhuǎn)化重點實驗室科學(xué)家就是希望調(diào)整這種不可能。

在研究人員看來，跳過硅錠生產(chǎn)和硅片切割的過程可以節(jié)省大約40%的光伏組件生產(chǎn)成本，只是目前的技術(shù)仍然面臨著重大挑戰(zhàn)。比如說，回收硅電池表面的雜質(zhì)需要通過化學(xué)蝕刻去除，以獲得純硅晶片。這個過程傳統(tǒng)上是劇烈且不可控的，容易導(dǎo)致硅片厚度急劇下降。

考慮到這一點，該小組尋求回收適合生產(chǎn)高效電池和組件的硅片的方法。研究人員新開發(fā)出溶劑熱膨脹結(jié)合熱分解(SSTD)方法，集成了SSTD工藝非破壞性硅電池回收、用于硅晶片預(yù)純化的順序酸蝕刻、用于超純化和同時超低反射率表面紋理制造的新擴(kuò)展 MACE 方法以及回收材料的系統(tǒng)內(nèi)再利用。

所采用的化學(xué)處理方法既可以凈化硅片，又可以改善其表面特性。在獲得高純度和完整的硅片后，研究人員通過應(yīng)用單步MACE工藝，通過Cu/Ag輔助化學(xué)蝕刻對回收的Si晶片的表面紋理進(jìn)行了調(diào)控，同時可控地構(gòu)建包括有趣的雙尺度微/納米結(jié)構(gòu)在內(nèi)的各種抗反射紋理，形成了一系列表面結(jié)構(gòu)，包括DMN、納米線、納米孔和倒矩形錐體，可以大大降低表面反射率并產(chǎn)生“黑硅”硅片。

3.研究成果驚人

通過這項技術(shù)，研究人員成功地獲得了具有完整結(jié)構(gòu)、最小化厚度和優(yōu)異光捕獲能力的理想且高純度的硅晶片。根據(jù)論文介紹，與商業(yè)硅片相比，回收的硅片具有良好的厚度(165μm)、電阻率(1.02-2.28Ω?cm)，載流子壽命(1.12-2.47μs)，并具有超低的反射率(5-15%)，讓生產(chǎn)高效光伏組件變得可行。

粗略的經(jīng)濟(jì)評估表明，這種綜合策略的生產(chǎn)成本低于傳統(tǒng)回收工藝或工業(yè)生產(chǎn)工藝的硅片價格，還可以完全回收鋁邊框、鋼化玻璃、銅帶和高純度銀鋁粉，并可以在系統(tǒng)內(nèi)重復(fù)使用，從而實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可行性和高資源可持續(xù)性。

該項工作屬于國家自然科學(xué)基金項目(No.52102120 )，并得到了東南亞國家生物質(zhì)廢棄物資源化可持續(xù)發(fā)展技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用示范的支持，被列為“中科院“戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(A)”(No.XDA23030301)、福建省產(chǎn)業(yè)先導(dǎo)重點項目(No.2019H0056)，福建省社會發(fā)展先導(dǎo)重點項目(No.2021Y0069)。

（文章來源：全球光伏）