3分鐘，就可以實(shí)現(xiàn)硅太陽能電池板的回收？

出品：科普中國

作者：石暢（物理化學(xué)博士）

監(jiān)制：中國科普博覽

編者按：為了解前沿科技動態(tài)，科普中國前沿科技項(xiàng)目推出“帶你讀懂科學(xué)頂刊”系列文章，精選權(quán)威期刊的優(yōu)秀論文，第一時間用通俗語言進(jìn)行解讀。讓我們透過頂刊之窗，拓寬科學(xué)視野，享受科學(xué)樂趣。

隨著科技的飛速發(fā)展，太陽能發(fā)電技術(shù)已逐漸進(jìn)入千家萬戶，成為我們追求綠色、清潔生活的重要選擇。在這一浪潮的推動下，硅太陽能電池板的生產(chǎn)和使用量正以前所未有的速度飆升，這無疑為全球的能源轉(zhuǎn)型和環(huán)境保護(hù)貢獻(xiàn)了巨大的力量。

然而，太陽能發(fā)電的普及也引發(fā)了人們對廢舊電池板處理問題的深切關(guān)注。那么，面對這一挑戰(zhàn)，我們不禁要問：太陽能電池板可以回收嗎？

太陽能發(fā)電

（圖片來源：veer圖庫）

太陽能電池板作為高科技產(chǎn)品，其內(nèi)部蘊(yùn)含著多種可回收再利用的寶貴資源。硅、銀、鋁等金屬材料以及特殊的半導(dǎo)體材料，都是太陽能電池板中必不可少的成分。

這些材料在經(jīng)過專業(yè)的回收處理后，不僅能夠有效減少對新資源的開采需求，降低生產(chǎn)成本，更能夠大幅度降低環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用。

太陽能電池板

（圖片來源：veer圖庫）

太陽能電池板的回收過程需要經(jīng)歷多個關(guān)鍵步驟。首先，需要對廢舊電池板進(jìn)行初步識別和分類，以便根據(jù)其材料和型號選擇合適的回收方法。接著，通過專業(yè)的拆解和分離技術(shù)，將電池板中的各個部分進(jìn)行細(xì)致的分離處理。最后提取出有價值的材料，為后續(xù)的再利用做好準(zhǔn)備。

目前，廢舊太陽能電池板的回收技術(shù)主要包括物理回收法和化學(xué)回收法。

物理回收方法

主要采用機(jī)械力將太陽能電池板進(jìn)行拆解和分離，將各種材料如玻璃、硅片、銀等分類回收。這種方法操作簡單，成本相對較低，且回收的材料具有較高的再利用價值。

然而，物理回收方法也存在一些缺點(diǎn)。首先，由于太陽能電池板的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，拆解過程中可能會損壞部分材料，降低其再利用價值。其次，物理回收方法對于太陽能電池板中的有害物質(zhì)如鉛、鎘等無法進(jìn)行有效去除，可能會對環(huán)境造成二次污染。

化學(xué)回收方法

主要通過化學(xué)反應(yīng)將太陽能電池板中的有用元素進(jìn)行提取。這種方法能夠提取出太陽能電池板中有價值的金屬，具有較高的回收效率。

但是，化學(xué)回收方法需要使用大量的化學(xué)試劑，如無機(jī)酸等，處理過程可能產(chǎn)生有害氣體和廢液，對環(huán)境和操作人員的健康造成潛在威脅。此外，化學(xué)回收方法的成本較高，回收周期長，回收過程中可能會損失部分有用元素。

廢舊太陽能電池板

（圖片來源：veer圖庫）

2024年6月3日，中國科學(xué)家在《自然可持續(xù)》（Nature sustainability）雜志上發(fā)表了一篇關(guān)于鹽刻蝕方法回收硅太陽能電池板的文章，有望在不使用有毒無機(jī)酸和不產(chǎn)生二次污染的情況下回收報廢硅太陽能電池板中的銀和硅。

研究成果發(fā)表于《自然可持續(xù)》雜志

（圖片來源：《自然可持續(xù)》雜志）

研究者采用鹽刻蝕的方法，利用熔融氫氧化鈉-氫氧化鉀可以與氮硅化合物、二氧化硅、氧化鋁和硅反應(yīng)的特性，自上而下地與硅太陽能電池板表面的涂層發(fā)生反應(yīng)，從而將鑲嵌在硅板和氮硅化合物間的銀線剝離出來，該刻蝕過程僅需180秒，實(shí)現(xiàn)了銀和硅高達(dá)99.0%和98.0%的回收率。

此外，該回收工藝還通過“選擇性氧化-堿浸出-電沉積”的方法從焊料帶中回收銅、鉛和錫等其他有價值金屬。與傳統(tǒng)的硅太陽能板回收工藝不同的是，該研究提出的回收方法不需要使用腐蝕性的無機(jī)酸，減少了化學(xué)廢料的產(chǎn)生和對環(huán)境的污染。并且，該回收工藝可直接獲得銀線，避免了銀的溶解和沉積，相比于其他回收方法更加高效。

太陽能電池板回收示意圖

a.太陽能電池板的回收流程；b.熔鹽刻蝕示意圖；c.焊料的回收示意圖

（圖片來源：參考文獻(xiàn)1）

本研究還利用鹽刻蝕回收的方法，對不同種類的太陽能電池進(jìn)行了回收實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，該研究的回收方法適用于各種電池架構(gòu)，并且銀和硅的回收率和純度都較高，是一種具有普適性的硅太陽能電池板的回收方法。

不同種類的太陽能電池中硅和銀的回收率

（圖片來源：參考文獻(xiàn)1）

太陽能發(fā)電對環(huán)境的影響是復(fù)雜而深遠(yuǎn)的，太陽能電池板生命周期的完整性也已經(jīng)受到廣泛關(guān)注。我們應(yīng)該積極推廣太陽能發(fā)電，充分發(fā)揮其在環(huán)保和能源安全方面的優(yōu)勢，同時也要關(guān)注并應(yīng)對其潛在的環(huán)境挑戰(zhàn)，共同推動綠色、可持續(xù)的能源發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

1. Gao, S., Chen, X., Qu, J. et al. Recycling of silicon solar panels through a salt-etching approach[J]. Nature Sustainability, 2024.

2. Fiandra, V., Sannino, L., Andreozzi, C., et al. End-of-life of silicon PV panels: A sustainable materials recovery process[J].Waste Management, 2018.

3. 黃慶，鄧毅，郁豐善，等。從廢舊太陽能電池板中回收銀[J].有色金屬:冶煉部分, 2022。

4. 隆志軍，王秋，謝觀健，等。硅型光伏電池的電特性及太陽能發(fā)電[J].機(jī)電工程技術(shù), 2010。