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直接回收硅片!中科院發明廢晶硅光伏組件硅片回收升級技術

欄目:行業動態 發布時間:2022-07-12

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,再次用于光伏產業鏈以制造新電池的技術已被證明是一項重大挑戰。最近,中科院大學許新海、汪印、賴登國等人發明了一種廢晶硅光伏組件回收升級技術,成功地獲得了具有完整結構、最小化厚度和優異光捕獲能力的理想且高純度的硅片。

該成果已發表于《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境影響并將廢棄光伏組件轉化為光伏行業可持續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,特別是從占據主要市場份額的c-Si基光伏組件中回收結晶硅 (c-Si)。

通過化學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,然后進行化學蝕刻純化工藝,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換效率主要取決于它們的電學和光學性能,包括硅片的質量(例如本征純度、厚度)、金屬電極、表面鈍化和表面結構的光捕獲能力(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電性能,除非將它們熔融以再現硅錠。

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,經濟和環境成本高,導致盈利能力不足,無法維持工藝的可持續性,并且從回收的硅晶片中再生太陽能電池往往表現出轉換效率下降的趨勢,這對于當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用。

因此需要尋求具有成本效益、可持續和良性的選擇??茖W家提出了在商業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

中國科學院城市污染物轉化重點實驗室科學家就是希望調整這種不可能。

在研究人員看來,跳過硅錠生產和硅片切割的過程可以節省大約40%的光伏組件生產成本,只是目前的技術仍然面臨著重大挑戰。比如說,回收硅電池表面的雜質需要通過化學蝕刻去除,以獲得純硅晶片。這個過程傳統上是劇烈且不可控的,容易導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高效電池和組件的硅片的方法。研究人員新開發出溶劑熱膨脹結合熱分解(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展 MACE 方法以及回收材料的系統內再利用。

所采用的化學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,研究人員通過應用單步MACE工藝,通過Cu/Ag輔助化學蝕刻對回收的Si晶片的表面紋理進行了調控,同時可控地構建包括有趣的雙尺度微/納米結構在內的各種抗反射紋理,形成了一系列表面結構,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生“黑硅”硅片。

3.研究成果驚人

通過這項技術,研究人員成功地獲得了具有完整結構、最小化厚度和優異光捕獲能力的理想且高純度的硅晶片。根據論文介紹,與商業硅片相比,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%),讓生產高效光伏組件變得可行。

粗略的經濟評估表明,這種綜合策略的生產成本低于傳統回收工藝或工業生產工藝的硅片價格,還可以完全回收鋁邊框、鋼化玻璃、銅帶和高純度銀鋁粉,并可以在系統內重復使用,從而實現經濟可行性和高資源可持續性。

該項工作屬于國家自然科學基金項目(No.52102120 ),并得到了東南亞國家生物質廢棄物資源化可持續發展技術研發與應用示范的支持,被列為“中科院“戰略性先導科技專項(A)”(No.XDA23030301)、福建省產業先導重點項目(No.2019H0056),福建省社會發展先導重點項目(No.2021Y0069)。

(文章來源:全球光伏)

 

 


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