从废弃太阳能电池中回收纯硅和其他材料

摘要

在世界范围内，废弃光伏电池板的处理日益增多。因此，为了减少对环境的污染，需要一种高效的方法来回收废弃的光伏电池板。这项工作旨在通过化学处理从废弃的太阳能电池中有效地回收纯硅和其他材料，如铝、银和铅。此前，通过氢氟酸或氢氟酸与其他化学物质的混合物处理太阳能电池，可以回收纯硅。由于氢氟酸是剧毒和腐蚀性很强的化学物质，在本工作中已不再使用氢氟酸。用三种不同的化学物质依次处理，得到了纯度为99.9984%的纯硅。铝、银和铅也分别以氢氧化铝、氯化银和氧化铅的形式回收。

1.简介

由于太阳能电池是一种无污染的发电设备，它在世界各地的使用一直在迅速增长。相反，太阳能电池的寿命结束和损坏的太阳能电池的数量急剧增加[1］．太阳能电池板的平均寿命约为25-30年。必威2490在世界范围内，大约有六千万吨的太阳能电池板已成为废物，因为它们已进入使用末期。2］．因此，一种有效的回收废弃太阳能电池的方法是必要的，因为它会造成严重的环境污染。

本署已进行了几项利用不同方法回收光伏电池板的工程[3.- - - - - -9］．Doi等人[3.通过溶解法从EVA复合太阳能电池中回收太阳能电池。后来，人们发现从太阳能电池中去除EVA的热处理更经济[4，5］．此外，Kim和Lee还分析了超声波照射下太阳能电池EVA在各种溶剂中的溶解情况。［6］．迪亚斯等人[7他们使用化学和热处理方法从处理过的太阳能电池中分离出银。

为了从太阳能电池中提取纯硅，使用了各种化学处理方法[4，5，8］．氢氟酸是用于从太阳能电池中分离硅的最常用化学物质[4，5］．但是，必须禁止使用氢氟酸，因为它是一种剧毒和腐蚀性很强的化学物质。因此，这项工作的主要目标是用其他化学物质取代氢氟酸，并有效地从处理过的太阳能电池中回收纯硅。此外，存在于太阳能电池中的其他材料，如铝、银和铅都必须回收。

2.纯硅的回收

2.1.实验的程序

光伏面板的外层包含各种材料，如玻璃，乙烯醋酸乙烯玻璃，铜，钢，铝和塑料。外部部分可以通过热降解去除，内部太阳能电池可以分离。本文对太阳能电池内纯硅进行了回收。太阳能电池主要含有硅(按重量计约为91.586%)必威24901)．它还含有其他材料，例如底部是铝，顶部是银电极，以及铅和防反射涂层( ）在顶层。p型和n型硅晶圆位于防反射涂层和铝层之间。

实验所用的太阳能电池晶圆样品如图所示1．蓝色层为抗反射涂层(SiNx)，白色线为银电极。数字2显示太阳能电池的底部铝层。为了去除这些材料(铝、银、铅和防反射涂层)，使用化学处理方法。此前，氢氟酸或氢氟酸与其他化学物质的混合物被用于去除太阳能电池的防反射涂层、银、铅和p-n结。由于氢氟酸是剧毒和腐蚀性很强的化学物质，因此本工作不再使用氢氟酸。每一层都用化学方法逐个去除。

少数研究人员使用KOH作为试剂去除铝层[4，5］．在本研究中，由于氢氧化钠比氢氧化钠更经济，因此采用氢氧化钠去除铝层。同样，用HNO处理去除银电极_3.［4，5］．Klugmann-Radziemska等人[4，5他们使用氢氟酸和其他酸的混合物来去除防反射涂层。在目前的工作中，氢氟酸被磷酸取代，因为它是剧毒的。此外，还消除了其他酸的使用。因此，采用本方法可使未反应酸与产物的分离更容易。下面介绍本工作所涉及的化学反应。

2.2.化学治疗

铝层通过10 M处理太阳能电池去除在63°C的温度下浸泡5分钟，化学反应如下。

用6 M HNO处理去除太阳能电池中的银电极和铅_3.在70°C下放置5分钟，化学反应如下。

防反射涂层( ）用90%的磷酸在70°C下处理45分钟即可去除。每一阶段处理晶圆的试剂量、温度和时间时间列于表中2．

3.实验结果

用浓缩的NaOH溶液处理后，铝层被去除3.)．在反应过程中形成的氢(Eq. ()1)被收集在一个室，可作为燃料。氢氧化铝(Al(OH))_3.)与NaOH溶液通过过滤分离。同样地，用HNO处理可以去除银和铅_3.(图4)．释放的NO₂被收集起来，可用于生产硝酸。分离硝酸银(AgNO_3.Eq. (Eq.)2)，溶液用HCl处理，形成氯化银(AgCl)。沉淀的氯化银被过滤掉。此外，用氢氧化钠处理溶液以分离先导化合物(PbO)。氧化铅转化为氢氧化铅，沉淀的氢氧化铅经过过滤。

现阶段仅有的杂质是防反射涂层(蓝色)和p-n结，用浓磷酸处理除去这些杂质(图5)．经此处理后可得到纯度为99.9984%的纯硅。采用ICP-MS分析化学处理前后晶圆中各元素的重量百分比，数据列于表中1．

4.利润分析

在回收1公斤太阳能电池的基础上进行了利润分析。回收1公斤太阳能电池后获得的产品质量见表3.．先导化合物的含量非常低，在计算中被忽略。同样，市场上的每一种产品的成本也被制成表格，并计算每一种产品获得的利润。回收1公斤太阳能电池的总利润计算公式如下:

在这里,是总利润，是硅获得的利润，为Al(OH)获得的利润_3.，AgCl是否获得利润，以及是回收成本。

1公斤太阳能电池的回收成本为68.9美元。因此，回收1公斤太阳能电池后的总利润为

5.结论

本文提出了一种利用化学处理方法从已处理的太阳能电池中回收纯硅的方法。消除了使用氢氟酸等剧毒化学品，并有效地使用其他化学品进行治疗。用该方法回收了纯硅(99.9984%)，并分析了回收硅对直流电压的响应。硅不导电，因为它是纯硅。回收的硅可用于制造新的太阳能电池或电子元件，如二极管、晶体管和微芯片。

太阳能电池中存在的其他材料，如铝、银和铅，分别以氢氧化铝、氯化银和氢氧化铅的形式回收。该方法采用太阳能电池的顺序化学处理。因此，从处理过的溶液中的化合物很容易分离。对回收1公斤太阳能电池进行了利润分析，发现回收太阳能电池的利润很高。

数据可用性

ICP-MS分析在这项工作中获得的数据是在南印度纺织研究协会-哥印拜陀进行的。

利益冲突

作者声明他们没有利益冲突。

参考文献

1. F. C. Padoan, P. Altimari和F. Pagnanelli，“终末期光伏板的回收:工艺发展的化学展望”，太阳能《中国科学》，第177卷，第746-761页，2019。视图:出版商的网站|谷歌学者
2. S.韦肯德，A.沃斯，G.希斯，报废管理——太阳能光伏电池板，国际可再生能源机构(IRENA)，阿布扎比，2016。
3. T. Doi, I. Tsuda, H. Unagida, A. Murata, K. Sakuta，和K. Kurokawa，“有机溶剂法回收光伏组件的实验研究”，太阳能材料和太阳能电池第67卷第1期。1-4页，397-403,2001。视图:出版商的网站|谷歌学者
4. E. Klugmann-Radziemska和P. Ostrowski，“从光伏组件中回收纯硅的晶体硅太阳能电池的化学处理方法”，可再生能源第35卷，no。8，第1751-1759页，2010。视图:出版商的网站|谷歌学者
5. E. Klugmann-Radziemska, P. Ostrowski, K. Drabczyk, P. Panek，和M. Szkodo，“通过热和化学方法回收晶体硅太阳能电池的实验验证，”太阳能材料和太阳能电池，第94卷，no。12, pp. 2275-2282, 2010。视图:出版商的网站|谷歌学者
6. Kim Y.和J. Lee，“用超声波照射和有机溶剂溶解晶硅光伏组件中的乙烯-乙烯-醋酸酯”，太阳能材料和太阳能电池， vol. 98, pp. 317-322, 2012。视图:出版商的网站|谷歌学者
7. P. Dias, S. Javimczik, M. Benevit和H. Veit，“回收WEEE:从废弃晶体硅光伏组件中提取和浓缩银”，回收WEEE:从废弃晶体硅光伏组件中提取和浓缩银，废物管理， vol. 57, pp. 220-225, 2016。视图:出版商的网站|谷歌学者
8. W.-H。黄、申文杰、王磊、王华昌。回收硅片太阳能组件的策略与技术，太阳能2017年，第144卷，第22-31页。视图:谷歌学者
9. V. Fiandra, L. sanino, C. Andreozzi和G. Graditi，“硅光伏板的寿命终结:可持续的材料回收过程，”废物管理， vol. 84, pp. 91-101, 2019。视图:出版商的网站|谷歌学者

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