張賀 巴彥濤 王剛

摘要：太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和光伏技術(shù)的不斷進(jìn)步，必然會(huì)引起大批量老舊太陽能光伏組件的報(bào)廢，2000年-2012年，晶硅太陽能電池產(chǎn)量占全球太陽能電池產(chǎn)量的市場(chǎng)份額保持在80%至90%左右，在報(bào)廢的組件中大部分將是晶硅太陽能電池。而如何將這些報(bào)廢的晶硅太陽能電池變廢為寶，將其中的材料回收利用，降低光伏電池的制造價(jià)格，減少光伏電池后期環(huán)境污染將是一個(gè)極具前景的研究課題。

關(guān)鍵詞：晶硅太陽能電池；回收；二次利用

1.太陽能發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

（1）國外太陽能產(chǎn)業(yè)發(fā)展

歐洲光伏工業(yè)協(xié)會(huì)（EPIA）預(yù)測(cè)，2020年光伏發(fā)電可提供345 GW 的裝機(jī)容量，2030 年可提供1081 GW 的裝機(jī)容量。

2008年年初，以Ken Zweibel為首的3位太陽能產(chǎn)業(yè)專家提出了極富前瞻性并具有切身現(xiàn)實(shí)意義的“大太陽能計(jì)劃”Solar Grand Plan（SGP），美國太陽能資源豐富，單只美國西南部適合采集太陽能的25萬平方英里的面積，每年便可以收集4.5×1018 Btu（英制熱單位）的太陽能。如果只轉(zhuǎn)換其中2.5%的能量到電能就可以替代美國2006年全國的耗能量。SGP計(jì)劃描述了2050年前實(shí)現(xiàn)太陽能替代69%電能（相當(dāng)于35%整體能耗）的遠(yuǎn)景目標(biāo)。，2100年前全美有望實(shí)現(xiàn)可再生能源100%承擔(dān)電能及90%整體能耗的目標(biāo)。硅板光伏電池目前占有市場(chǎng)的絕大多數(shù)份額，預(yù)測(cè)在未來10年間（2017年前）仍將是主流光伏材料。硅板光伏技術(shù)提供了最低的生產(chǎn)成本并且最可靠實(shí)用。

（2）國內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展

我國具有良好太陽能產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境。根據(jù)年均太陽輻射量、峰值小時(shí)數(shù)可將中國分為五類地區(qū)，以多晶硅太陽多晶硅太陽能電池系統(tǒng)為例，其能量回收期介于2年到6年之間，無論組件安裝在哪個(gè)地區(qū)這個(gè)數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其使用壽命（按25年算），即使是在日照資源最不豐富的五類地區(qū)。從節(jié)約能源和可持續(xù)發(fā)展的角度看，在中國發(fā)展晶硅太陽能電池產(chǎn)業(yè)是明智的選擇[1]。

我國光伏產(chǎn)業(yè)近幾年來迅速崛起，產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，在產(chǎn)業(yè)上游、中游、下游形成了一定自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)業(yè)鏈，在國際市場(chǎng)產(chǎn)生了重要的影響。從2008年起，我國光伏組件制造量就占據(jù)了全球光伏組件制造量的半壁江山，而且保持了快速增長；截至2010年，我國已有16家光伏企業(yè)在海外成功上市，并且在全球光伏電池生產(chǎn)商前5強(qiáng)中，中國企業(yè)占到了4家，在全球光伏組件生產(chǎn)商前5強(qiáng)中，中國企業(yè)占到了3家；2011年和2012年兩年間，即使在全球光伏市場(chǎng)低迷、貿(mào)易保護(hù)主義抬頭、歐美“雙反”政策打壓的不利境下，我國光伏產(chǎn)品依然占據(jù)了全世界近50%的份額，并取得了37%的年增幅；總體來看，我國光伏產(chǎn)業(yè)從2005年誕生以來，在短短的10年間內(nèi)，從年產(chǎn)值從不到一千萬元成長為年產(chǎn)值超過5000億元。

（3）光伏產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展

光伏發(fā)電技術(shù)種類眾多，以晶硅太陽能發(fā)電技術(shù)最為成熟且發(fā)電效率較高。2015年12月天合光能采用PERC 雙面鈍化技術(shù)的p 型單晶硅電池光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到22.13%，刷新全球大面積PERC 電池轉(zhuǎn)換效率世界紀(jì)錄。晶澳實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的p型單晶PERC電池平均光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到20.4%。中電電氣采用Al2O3/SiNx背面鈍化、離子注入、納秒或皮秒激光開孔燒結(jié)、背面局部金屬化等先進(jìn)工藝，實(shí)現(xiàn)p 型單晶硅PERC電池量產(chǎn)的平均效率超過20.2%，實(shí)驗(yàn)室最高效率20.8%。尚德電力的PERC 電池平均轉(zhuǎn)換效率量產(chǎn)達(dá)20.5%。

光伏電池的主要難點(diǎn)就是需要大幅度的去降低光伏電池元件的制造價(jià)格，還需要相對(duì)的減輕目前所用的種類的電池對(duì)我們生活環(huán)境所帶來的污染。

太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和光伏技術(shù)的不斷進(jìn)步，必然會(huì)引起大批量老舊太陽能光伏組件的報(bào)廢，2000年-2012年，晶硅太陽能電池產(chǎn)量占全球太陽能電池產(chǎn)量的市場(chǎng)份額保持在80%至90%左右，在報(bào)廢的組件中大部分將是晶硅太陽能電池。而如何將這些報(bào)廢的晶硅太陽能電池變廢為寶，將其中的材料回收利用，降低光伏電池的制造價(jià)格，減少光伏電池后期環(huán)境污染將是一個(gè)極具前景的研究課題。

2廢舊晶硅太陽能電池回收利用現(xiàn)狀

太陽能電池的老化原因可以從兩個(gè)方面解析，一方面是由于電池片本身的性能退化；另一方面是用于封裝的材料老化引起組件光學(xué)性能和電學(xué)性能的退化。報(bào)廢的晶硅太陽能電池中含有Pb、Cd、Cr、Bi多種重金屬，直接丟棄不僅會(huì)浪費(fèi)電池中價(jià)值不菲的高純Si，Ag等材料，還會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境。早在2002 年，德國環(huán)境保護(hù)部結(jié)合德國太陽能公司與在佛來堡的TU Bergakademie 研究中心設(shè)立了一項(xiàng)研究計(jì)劃，主要任務(wù)在于研發(fā)出環(huán)保且具經(jīng)濟(jì)效益的太陽能電池回收方法。

（1）國外研究現(xiàn)狀

在美國，Jun-kie Choi等，建立了一種數(shù)學(xué)模型分析回收技術(shù)的盈利能力，為光伏回收中心的最佳選址方案提供了可靠的建議。Vasilis-M-Fthenakis 從技術(shù)能力、經(jīng)濟(jì)效益和政策法規(guī)多方位地詳細(xì)闡述了廢舊晶硅太陽能電池回收的可行性極強(qiáng)。

波蘭的Ewa Klugmann-Radziemska等利用化學(xué)和熱學(xué)的方法回收了廢舊晶硅太陽能電池中的材料，并用這些材料重新制的新晶硅太陽能電池組件，獲得了13%-15%的光電轉(zhuǎn)換效率。

（2）國內(nèi)研究現(xiàn)狀

楊紅等研究了晶硅太陽能電池電極結(jié)合力對(duì)其功率衰減的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)結(jié)合力小于2N時(shí)晶硅太陽能電池在濕熱老化實(shí)驗(yàn)中功率下降會(huì)遠(yuǎn)快于結(jié)合力大于2N的組件。

李菁華等利用HNO3，H2SO4酸液溶解研磨碎的廢舊晶硅太陽能電池，在經(jīng)過過濾，沉淀，電解，還原反應(yīng)的方法分離廢舊晶硅太陽能電池的玻璃，Si，Ag，Al成分，并得出濃度為18N的H2SO4與濃度為6N的HNO3混合后在27℃既能分離組件中的Ag，HCl和NaOH都能很好分離組件中的Al。

3.結(jié)論與展望

報(bào)廢晶硅太陽能電池的二次利用不僅能夠減少或消除太陽能電池退役處理時(shí)對(duì)環(huán)境的污染，還將有助于降低電池生產(chǎn)時(shí)所需原材料的價(jià)格，甚至可以把太陽電池組塊在陽光照射下的自然老化功率衰減做為一種特殊工藝，在二次利用時(shí)提高相關(guān)器件的穩(wěn)定性和可靠性。對(duì)此進(jìn)行研究意義深遠(yuǎn)。

現(xiàn)階段，國內(nèi)外還沒有完善有效的報(bào)廢太陽能電池二次利用技術(shù)，僅在在實(shí)驗(yàn)室能做到晶硅太陽能電池的拆解分離和部分材料的回收，回收效率低效果差。且僅研究材料回收過程，未見使用回收材料制作太陽能器件的過程。在回收過程中大多使用化學(xué)方法，利用酸，有機(jī)試劑進(jìn)行拆解分離，極少用到物理方法進(jìn)行拆解?；瘜W(xué)試劑對(duì)環(huán)境影響較大，不利于相關(guān)技術(shù)推廣，引入物理方法有助于提高回收效率，降低環(huán)境影響。

晶硅太陽能光伏技術(shù)已推廣多年，眾多以晶硅太陽能電池為工作器件的電站已經(jīng)運(yùn)行了十年以上，而晶硅太陽能電池組件壽命一般為20年，未來十年內(nèi)將有大量晶硅太陽能電池組件面臨退役和報(bào)廢，由此，報(bào)廢晶硅太陽能電池二次利用的相關(guān)技術(shù)亟待研究。

參考文獻(xiàn)

[1] 羅付香，彭曉春，吳彥瑜，董家華. 廢舊晶硅太陽能電池的回收拆解及進(jìn)展研究[J]. 環(huán)境科學(xué)與管理，2014（12）：162-173.

[2]顏蘇莉，孫婧豪.我國光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀、存在問題及解決之道[J].華北電力大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版）2016，1.

（作者單位：青海民族大學(xué)）