晶硅太阳能电池片的再生循环技术研究

发布时间：2020-10-28 00:17

　　晶硅太阳能电池由于其使用寿命长及可再生等优势,已经成为光电池能源的主力。目前,市场上有硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池和纳米晶太阳能电池等,其中晶硅太阳能电池拥有80%~90%市场份额。晶硅太阳能电池中的贵重金属资源主要集中在边框和晶硅电池片的正负极材料上。晶硅太阳能电池的理论使用寿命在25年左右,但是在使用过程中,由于电池片本身的性能退化或封装材料老化等情况,导致太阳能电池性能下降而无法正常使用。如果直接将太阳能电池进行填埋或焚烧,不仅对环境造成污染,同时还会造成资源的浪费。青海省因太阳能资源丰富,具备规模化发展光伏发电项目的资源条件,技术优势和应用基础,已成为我国光伏发展的主阵地。因此研究合理的回收废旧太阳能电池的方法,实现对废旧太阳能电池片中高纯硅及贵重金属的再利用已经迫在眉睫。目前学者们研究比较多的是采用有机溶剂或热处理来实现电池片与玻璃盖板的分离,而针对太阳能电池片中贵重金属的再生循环的研究还很少。本文主要针对大规模使用的晶硅太阳能电池片中的高纯硅和贵重金属进行绿色回收,工艺简单易行,直接对电池片中贵重金属进行再生研究。采用碱浸-沉淀法和酸浸-重结晶法实现金属资源的回收,并利用HF酸去除减反射层获得较为纯净的硅片。利用扫描电镜(SEM)分析去除金属前后电池片的表面形貌、X射线衍射仪(XRD)分析回收产物的晶型、X射线能谱(EDS)分析电池片表面的元素含量、X射线光电子能谱仪(XPS)测试硅片表面的杂质、X射线荧光光谱仪(XRF)分析回收硅片的纯度等。主要研究内容及结果如下:(1)对电池片表面的封装胶膜EVA进行热失重实验,探讨了不同的升温速率对最终失重温度的影响;结果表明:在失重过程中,升温速率只影响了DSC曲线中失重峰值的大小,对EVA的最终失重率没有影响,在不同的升温速率下EVA失重结束温度都是600℃,失重率达到了98.88%;因此将废旧晶硅太阳能电池片在马弗炉中600℃的条件下煅烧1 h可以很好地去除包覆在电池片表面的封装胶膜—EVA。将煅烧后的电池片进行ICP检测,最后计算出电池片中主要金属元素的含量,其中Al占6.97%,Ag占0.12%。(2)采用NaOH作为废旧晶硅太阳能电池片中铝的浸出介质,探讨了NaOH浓度、反应温度、NaOH溶液与电池片的固液比等因素对铝的浸出浓度及浸出率的影响;结果表明:以NaOH为浸出剂的最适宜的浸取条件为:NaOH溶液浓度20%,浸出温度为20℃,固液比为60 g/mL,最适宜条件下的铝的浸出率为96%。以此浸出液为原料,采用化学沉淀法回收浸出液中的铝,由于沉淀为胶体,过滤烘干过程中有所损失,铝的回收率为89%。用ICP对回收到的氢氧化铝进行检测,得到的产品含铝量为87.04%,得到了较纯的氢氧化铝。(3)采用HNO_3为浸取剂浸取电池片中的银,探讨了浸取剂浓度和固液比等因素对废旧晶硅太阳能电池片中银的浸出浓度及浸出率的影响;结果表明:最适宜的浸取条件为浸取剂浓度5 mol/L,固液比为60 g/mL,最适宜条件下的银的浸出率为95%。以此浸出液为原料,采用重结晶法以硝酸银的形式回收浸出液中的银,回收率达到了70%,用ICP对回收到的硝酸银晶体进行检测,得到的硝酸银晶体中含银量为62.98%,得到了较纯的硝酸银。(4)采用HF去除晶硅太阳能电池片正面的减反射层,探讨了浸取剂浓度和固液比等因素对去除废旧晶硅太阳能电池片正面减反射层时间的影响;结果表明:最适宜的浸取条件为浸取剂浓度20%,固液比为60 g/mL,经过11 min就可以去除减反射层。采用EDS和XPS检测回收硅片中的主要杂质碳(C)、氧(O)、硼(B)、磷(P)的原子含量和存在状态,发现XPS检测结果与EDS检测结果基本一致,C和O的原子数量比均在1.6左右。回收的硅片用X射线荧光光谱分析(XRF),硅的纯度达到了99.91%,得到了较为纯净的硅晶片。
【学位单位】：青海民族大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM914.4
【部分图文】：

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图 1-3 晶硅太阳能电池片中主要有价金属及硅所占的比例Figure 1-3 The proportion of major metals and silicon in crystalline silicon sola1.2 晶硅太阳能电池的概况1.2.1 晶硅太阳能电池的结构和材料组成晶硅太阳能电池主要包括单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池。它刚石晶格，晶体硬而脆；具有金属光泽，能导电；具有半导体性质。 5 个部分组成, 分别是: 金属外框、盖板玻璃、晶硅电池片、背板。如图 1-4 所示[22]：

示意图,太阳能电池,片结构,示意图

图 1-5 晶硅太阳能电池片结构示意图Figure 1-5 The Structure of crystalline silicon solar cell所示，太阳能电池的背板在太阳能组件的背面，主要是对太阳能电撑作用。由于安装在户外的太阳能电池，长期经受风吹日晒，因此可靠的绝缘性、阻水性和耐老化性，单层膜材料很难完全满足要求能电池的背板材料主要为 TPT 复合膜，它是现阶段唯一在户外应背板。TPT 复合膜有三层结构，分别是由两层 Tedlar 膜和一层聚二醇酯（PET）的聚酯胶膜组成的。这种复合膜具有较好的防潮能，白色 TPT 对光具有反射作用，可提高组件的工作效率，且具射率，降低组件工作温度的功能[25,32,33]。胶膜

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