光伏組件回收正越來(lái)越被重視，將報(bào)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(xiàng)重大挑戰(zhàn)。最近，中科院大學(xué)許新海、汪印、賴(lài)登國(guó)等人發(fā)明了一種廢晶硅光伏組件回收升級(jí)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(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(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(chǎng)份額的 c-Si 基光伏組件中回收結(jié)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(jí)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(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(duì)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(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(wú)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(yáng)能電池往往表現(xiàn)出轉(zhuǎn)換效率下降的趨勢(shì)，這對(duì)于當(dāng)前競(jìng)爭(zhēng)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(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(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(guó)科學(xué)院城市污染物轉(zhuǎn)化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家就是希望調(diào)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(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(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(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(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(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(shí)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?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(yīng)用單步MACE工藝，通過(guò) Cu/Ag 輔助化學(xué)蝕刻對(duì)回收的 Si 晶片的表面紋理進(jìn)行了調(diào)控，同時(shí)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(guò)這項(xiàng)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(1.02-2.28 Ω?cm)，載流子壽命(1.12-2.47 μs)，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(píng)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(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(tǒng)內(nèi)重復(fù)使用，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可行性和高資源可持續(xù)性。