集装箱内部 在威尼斯的一个工业区，意大利初创公司 9-Tech 正在努力解决一个迫在眉睫的全球问题：如何负责任地回收 5400万至1.6亿吨 预计到 2050 年，太阳能电池组件将达到使用寿命的终点。回收这些材料并不容易。太阳能电池板的设计可以承受地球上任何环境 20 到 30 年，即使在阳光下放置三十年，硬件也很难拆卸。事实上，大多数回收设施都会丢弃硅、银和铜（旧太阳能电池板中最有价值但最难获取的材料），只回收铝框架和玻璃板。
初创公司 9-Tech 在位于威尼斯马格拉工业港口的绿色推进实验室内，利用改装的集装箱来运营其中试工厂。路易吉·阿万塔吉亚托
随着世界越来越多地利用太阳能，回收利用的需求只会增长。
1.2太瓦 全球已经部署了太阳能。目前，太阳能电池板的分布速度超过 400千兆瓦 根据美国国家可再生能源实验室 (NREL) 研究人员的文献分析，该速度预计到 2030 年将增加到每年惊人的 3 TW。
为了阻止光伏垃圾的堆积，研究人员正在寻求更好的回收方法。
目前提出的最先进的方法可以回收晶体硅光伏组件中至少 90% 的铜、银、硅、玻璃和铝。但这些过程成本高昂，而且通常涉及有毒化学品。没有一种回收方法被证明比填埋更便宜，而且很少有方法能实现工业规模， 加文·希思NREL 首席环境工程师，负责管理 国际专家组 受国际能源署委托，分析光伏可持续性。
创始人
9-科技 该公司表示，他们有更好的方法。他们的工艺噪音很大，涉及燃烧炉、超声波清洗和机械分拣，振动会震动一个普通货运集装箱的地板，他们已经在那里测试了近两年的运行。该公司不使用有毒化学品，不向环境中排放污染物，并且可回收太阳能电池板中高达 90% 的材料，该公司表示 弗朗西斯科·米塞罗基，9-Tech 首席技术官。
硅和玻璃的部分与面板的其余部分分离。
路易吉·阿万塔吉亚托
如何回收太阳能电池板
光伏面板拆除框架、玻璃和接线盒后，内层可弯曲的硅、聚合物和金属导体层仍保留下来。工人们将内层切成大块，准备放入烤箱。路易吉·阿万塔吉亚托
该公司针对晶体硅太阳能电池板定制了其工艺，这些太阳能电池板构成了 97% 的全球光伏市场.面板通常 组成 硅片阵列掺杂了硼和磷，顶部涂有氮化硅抗反射涂层。银导体通过丝网印刷到硅片表面，铜导体以网格图案焊接到阵列上。为了保护材料免受潮湿和损坏，制造商将整个阵列压入粘合聚合物中——通常是乙烯-醋酸乙烯酯。然后，他们将压合的阵列包裹在钢化玻璃片中，用铝框围住整个阵列，密封边缘，并在背面安装接线盒。
回收面板时，最具挑战性的步骤之一就是去除粘在所有东西上的聚合物。“这不仅仅是边缘或几点胶水。这是整个表面——几平方英尺——的聚合物，”希思说。聚合物可以烧掉，但这会释放一氧化碳、氢氟酸和其他有害污染物。分离银导体也很有挑战性，因为它们涂在一层非常薄的层上——大约 10 到 20 微米——与硅紧密结合。去除它们通常需要使用有毒试剂，例如氢氟酸、硝酸或氢氧化钠。
9-Tech 团队通过两种方式应对这些挑战。他们使用超声波而不是有毒化学品来回收银，尽管他们燃烧聚合物，但他们可以捕获排放的污染物。
将硅和聚合物层送入连续燃烧炉，将材料加热到 400°C 以上，使聚合物汽化。9-科技
该公司试验工厂的工艺流程从工人手动拆除铝制框架、接线盒和钢化玻璃开始。这样就剩下了聚合物、硅片和金属导体的夹层。没有框架或玻璃，夹层会弯曲，将易碎的硅碎成小块。工人将钢化玻璃打碎，然后将所有材料（由于聚合物的存在，这些材料大部分仍留在原处）送入连续燃烧炉。加热到 400°C 以上后，聚合物会蒸发，然后过滤器会捕获污染物。该系统还会捕获炉中的热量并将其重新利用以提高能源效率。
光伏材料离开炉后，机械滚轮将铜网分离。路易吉·阿万塔吉亚托
材料离开炉后，机械筛将铜、玻璃和硅分离。上：Luigi Avavanggiato； 底部：9-Tech
当剩余材料离开熔炉时，滚筒会以机械方式剥离铜。一系列筛子根据厚度对玻璃和硅的碎片进行分类。仍含有银的硅片浸入有机酸浴中，并用超声波处理以松动元素之间的键。超声波的工作原理是将声波传播到酸浴中，从而产生交替的高压和低压循环。如果声波足够强烈，它们会产生空化气泡，这些气泡会与材料发生机械相互作用，导致银从硅中脱落，解释道 彼得罗乔瓦尼·塞尔奇埃，9-Tech 首席执行官。
最后，工人用网状网从超声波槽中取出硅碎片。这样溶液中就会留下细小的银粉尘，可以通过过滤或离心机回收。Cerchier 说，总而言之，9-Tech 的试验工厂可以从光伏组件中回收 90% 的银、95% 的硅以及 99% 以上的铜、铝和玻璃。更重要的是，这种材料被认为是高纯度的，这增加了它可以重复使用的应用类型。
9-Tech 的工人将镀银的硅片浸入有机酸槽中，并用超声波处理以松动元素之间的键。9-科技
这家初创公司的回收工艺比现有的仅回收铝和玻璃的方法更昂贵。但米塞罗奇表示，高纯度硅、银和铜的提取应该可以抵消额外的成本。此外，它比开采原始元素更有效率。他说，你可以从一吨太阳能电池板中提取出大约 500 克银，但从一吨矿石中只能提取 165 克银。“一块光伏电池板在其使用寿命结束时仍然可以提供很多东西，”米塞罗奇说。“它可以被视为一个珍贵元素的小矿山。”
银以细小的粉尘形式从硅浴中浮现出来。 9-科技
回收光伏板的数十种新方法
9-Tech 的光伏板回收工艺可回收高纯度铜、玻璃和硅。路易吉·阿万塔吉亚托
9-Tech 团队将在未来 18 个月内建造一个更大的示范工厂，届时他们将更清楚地了解他们的方法的盈利能力。该工厂将位于威尼斯与集装箱相同的工业区，每天最多可处理 800 个太阳能模块。他们的试验工厂每天只能处理大约 7 个模块。
该公司的方法是正在开发的众多晶体硅光伏板回收方法之一。
全面回顾 于四月发表于 清洁生产杂志 在全球范围内，研究人员发现了数十种其他方法，包括热法、化学法、机械法和光学法。最常见的方法是将硅、金属和聚合物层研磨成小块，按密度分离，然后通过热法或化学法回收硅和金属。其他方法包括激光照射、高压脉冲、光学分选、热解、化学溶剂、蚀刻和用热刀分层。
推动这一创新的部分原因是欧盟 2012 年通过的法规。这些规则要求欧盟所有光伏电池板制造商开展回收或再循环计划，或与其他回收计划合作。因此，拥有欧洲最大太阳能发电能力的德国是
最大的光伏回收系统 在世界上。
米塞罗基说：“光伏电池板在其使用寿命结束时仍有许多可用资源。它可以被视为一个珍贵元素的小矿山。”
但回收是一项大宗业务，除了毁灭太阳能发电站的灾难性天气事件外，废弃的太阳能电池组件到达回收商手中的量相对较少。此外，回收后找到材料的第二生命也是一大挑战——供应链尚未完善。
总部位于亚利桑那州坦佩的全球光伏制造商 First Solar 通过建造一个
内部回收计划 在五个国家设有七家工厂。该公司生产碲化镉薄膜太阳能电池板，买家可以购买，并支付回收价格。当太阳能电池板使用寿命结束时，买家会将其送回 First Solar 进行回收，制成新产品。据该公司称，这种半导体材料最多可回收 41 次，使用寿命超过 1200 年。但这种玻璃的纯度不足以重复用于太阳能模块，因此该公司计划将其供应给浮法玻璃制造商，用于窗户和门。
回收方面的挑战促使研究人员重新思考晶体太阳能电池板的生产方式。例如，一些制造商正试图减少或消除难以回收的银，用其他导电金属代替。美国国家可再生能源实验室的一个团队
2 月份展示了一种通过激光焊接玻璃板来消除光伏板中聚合物的方法 相反，这可能会更好地隔绝水分。这种技术可能有助于 钙钛矿太阳能模块这是一项很有前景的技术，但它特别容易受到湿气和腐蚀的影响。
希思说：“回收不应该是唯一的策略。”他说，人们应该在诉诸回收之前考虑其他方法来修复或重复使用太阳能电池板，以延长其使用寿命。
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2024-06-17 13:00:03
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