直接回收硅片！中科院发明废晶硅光伏组件硅片回收升级技术

光伏组件回收正越来越被重视，将报废组件中的硅材料重新加工和提纯，再次用于光伏产业链以制造新电池的技术已被证明是一项重大挑战。最近，中科院大学许新海、汪印、赖登国等人发明了一种废晶硅光伏组件回收升级技术，成功地获得了具有完整结构、最小化厚度和优异光捕获能力的理想且高纯度的硅片。

该成果已发表于《Resources, Conservation & Recycling》，并被收录于《sciencedirect》。

1.回收硅的再利用价值

回收和再利用是抵消环境影响并将废弃光伏组件转化为光伏行业可持续资源的最具吸引力的策略之一，因此，许多努力都集中在从废弃光伏组件中回收资源，特别是从占据主要市场份额的 c-Si 基光伏组件中回收结晶硅 (c-Si)。

通过化学溶解和热分解去除有价值的铝边框，分离后残留的封装材料EVA，可以进一步回收钢化玻璃、Si电池和Cu焊带。太阳能级硅可以回收，然后进行化学蚀刻纯化工艺，并作为太阳能电池制造的原材料重新注入。

硅太阳能电池的功率转换效率主要取决于它们的电学和光学性能，包括硅片的质量(例如.、本征纯度、厚度)、金属电极、表面钝化和表面结构的光捕获能力(Ye et al., 2014)。对于非破坏性回收的硅晶片，很难通过提高其固有纯度来增强电性能，除非将它们熔融以再现硅锭。

然而，如果将废弃组件中的硅以碎片或粉末的形式回收，再用于硅锭生产，经济和环境成本高，导致盈利能力不足，无法维持工艺的可持续性，并且从回收的硅晶片中再生太阳能电池往往表现出转换效率下降的趋势，这对于当前竞争激烈的光伏市场来说是不可接受的，因此这种方法获得的硅材料一般都用到纯度要求较低的应用。

因此需要寻求具有成本效益、可持续和良性的选择。科学家提出了在商业光伏组件中回收具有直接再利用特征的完整硅硅片以用于新太阳能电池再制造的理想回收模式。

2.跳过硅锭，直接回收硅片

中国科学院城市污染物转化重点实验室科学家就是希望调整这种不可能。

在研究人员看来，跳过硅锭生产和硅片切割的过程可以节省大约40% 的光伏组件生产成本，只是目前的技术仍然面临着重大挑战。比如说，回收硅电池表面的杂质需要通过化学蚀刻去除，以获得纯硅晶片。这个过程传统上是剧烈且不可控的，容易导致硅片厚度急剧下降。

考虑到这一点，该小组寻求回收适合生产高效电池和组件的硅片的方法。研究人员新开发出溶剂热膨胀结合热分解(SSTD)方法，集成了 SSTD 工艺非破坏性硅电池回收、用于硅晶片预纯化的顺序酸蚀刻、用于超纯化和同时超低反射率表面纹理制造的新扩展 MACE 方法以及回收材料的系统内再利用。

所采用的化学处理方法既可以净化硅片，又可以改善其表面特性。在获得高纯度和完整的硅片后，研究人员通过应用单步MACE工艺，通过 Cu/Ag 辅助化学蚀刻对回收的 Si 晶片的表面纹理进行了调控，同时可控地构建包括有趣的双尺度微/纳米结构在内的各种抗反射纹理，形成了一系列表面结构，包括DMN、纳米线、纳米孔和倒矩形锥体，可以大大降低表面反射率并产生“黑硅”硅片。

3.研究成果惊人

通过这项技术，研究人员成功地获得了具有完整结构、最小化厚度和优异光捕获能力的理想且高纯度的硅晶片。根据论文介绍，与商业硅片相比，回收的硅片具有良好的厚度(165μm)、电阻率(1.02-2.28 Ω•cm)，载流子寿命(1.12-2.47 μs)，并具有超低的反射率(5-15%)，让生产高效光伏组件变得可行。

粗略的经济评估表明，这种综合策略的生产成本低于传统回收工艺或工业生产工艺的硅片价格，还可以完全回收铝边框、钢化玻璃、铜带和高纯度银铝粉，并可以在系统内重复使用，从而实现经济可行性和高资源可持续性。

该就工作属于国家自然科学基金项目(No. 52102120 )，并得到了东南亚国家生物质废弃物资源化可持续发展技术研发与应用示范的支持，被列为“中科院“战略性先导科技专项(A)”(No.XDA23030301)、福建省产业先导重点项目(No.2019H0056)，福建省社会发展先导重点项目(No.2021Y0069)。

文章作者：GLPV