光伏組件回收正越來(lái)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。最近，中科院大學(xué)許新海、汪印、賴(lài)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構、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(jià)值

回收和再利用是抵消環(huán)境影響并將廢棄光伏組件轉化為光伏行業(yè)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(chǎng)份額的c-Si基光伏組件中回收結晶硅 (c-Si)。

通過(guò)化學(xué)溶解和熱分解去除有價(jià)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(yáng)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(yáng)能電池制造的原材料重新注入。

硅太陽(yáng)能電池的功率轉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(guò)提高其固有純度來(lái)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(chǎn)，經(jīng)濟和環(huán)境成本高，導致盈利能力不足，無(wú)法維持工藝的可持續性，并且從回收的硅晶片中再生太陽(yáng)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(chǎng)來(lái)說(shuō)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(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(yáng)能電池再制造的理想回收模式。

2.跳過(guò)硅錠，直接回收硅片

中國科學(xué)院城市污染物轉化重點(diǎn)實(shí)驗室科學(xué)家就是希望調整這種不可能。

在研究人員看來(lái)，跳過(guò)硅錠生產(chǎn)和硅片切割的過(guò)程可以節省大約40%的光伏組件生產(chǎn)成本，只是目前的技術(shù)仍然面臨著(zhù)重大挑戰。比如說(shuō)，回收硅電池表面的雜質(zhì)需要通過(guò)化學(xué)蝕刻去除，以獲得純硅晶片。這個(gè)過(guò)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(diǎn)，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(kāi)發(fā)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(shí)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(xué)處理方法既可以?xún)艋杵?，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(guò)應用單步MACE工藝，通過(guò)Cu/Ag輔助化學(xué)蝕刻對回收的Si晶片的表面紋理進(jìn)行了調控，同時(shí)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(xiàn)、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(guò)這項技術(shù)，研究人員成功地獲得了具有完整結構、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)濟評估表明，這種綜合策略的生產(chǎn)成本低于傳統回收工藝或工業(yè)生產(chǎn)工藝的硅片價(jià)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(shí)現經(jīng)濟可行性和高資源可持續性。

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發(fā)展技術(shù)研發(fā)與應用示范的支持，被列為“中科院“戰略性先導科技專(zhuān)項(A)”(No.XDA23030301)、福建省產(chǎn)業(yè)先導重點(diǎn)項目(No.2019H0056)，福建省社會(huì )發(fā)展先導重點(diǎn)項目(No.2021Y0069)。

（文章來(lái)源：全球光伏）