太陽光電模組之材料回收與資源循環技術(下)

 

刊登日期:2018/7/5
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太陽光電模組的回收使用到各種化學與物理的處理程序,這些處理程序其實早已實際應用在其他種類廢棄物的回收程序上,例如電子產品廢棄物或五金的回收處理,因此使用這些處理技術將有助於進行太陽光電模組的分解及回收。太陽光電模組中含有多種塑膠類封裝材料,例如聚乙烯-乙酸乙烯酯及聚氟乙烯,回收程序上首先要將塑膠材料移除,才有辦法進行後續的分解回收處理程序,然而當相同材料使用在不同種類的太陽光電模組時,所對應到的回收處理方式仍然會依不同的模組結構特性而有所差異。

本文接續上期,介紹幾種已經實際使用在大型發電站的太陽光電模組產品及其回收處理方法,並探討各種回收材料之經濟效益與環保效益。

(上集) (下集)
‧前言
‧太陽光電模組之回收方法
 1. 結晶矽太陽光電模組
 2. 矽薄膜太陽光電模組
    3. CdTe太陽光電模組
 4. CIGS太陽光電模組
 5. III-V太陽光電模組
‧太陽光電模組回收之效益
‧結論

【內文精選】
太陽光電模組之回收方法
3. CdTe太陽光電模組
CdTe太陽光電模組的製造也是使用薄膜製程。圖十二是CdTe太陽光電模組的構造,製程上首先將TCO導電層(SnO2)沉積在玻璃板上,接著在TCO上以CVD方式沉積出CdS射極層(Emitter Layer)與CdTe基極層(Absorber Layer),CdS與CdTe的厚度分別為0.1 μm和5 μm,背電極則是使用濺鍍的方式製作。CdTe太陽光電模組內的太陽能電池串接整合同樣是透過雷射圖案化程序,因此串接上同樣不需要使用Ribbon。太陽能電池製作完成後,背面使用EVA與透光玻璃板做接合封裝。表三是CdTe太陽光電模組的組成解析,由於CdTe太陽光電模組是一種可雙面照光發電的模組,而且產品不需要使用鋁框,因此94%重量來自於玻璃板,太陽能電池只占了整體重量的0.2%。美國的First Solar公司是全球最大的CdTe太陽光電模組製造商,在美國已有許多大型的發電站使用CdTe太陽光電模組,目前最大規模的發電站在加州的Topaz Solar Farm,發電量高達550 MW,而First Solar在全世界的累積裝置量已達17 GW。

圖十二、CdTe太陽光電模組結構圖
圖十二、CdTe太陽光電模組結構圖

CdTe太陽光電模組的回收是非常重要的技術,因為這種太陽光電模組中含有害環境的物質—鎘,一旦將廢棄的CdTe太陽光電模組隨意棄置在野外或是掩埋在土壤中,洩漏出來的鎘將會造成嚴重的環境危害。圖十三是CdTe太陽光電模組的回收處理流程,由於CdTe太陽光電模組是用兩片玻璃進行封裝,要利用熱處理將夾在玻璃板中的EVA燒除乾淨變得比較困難,此外由於鎘的蒸氣壓較高,熱處理也存在著讓鎘洩漏到外界的風險,因此使用化學法將EVA移除是比較適當的選擇。CdTe太陽光電模組的回收流程是先將接線盒拆除,接著使用錘磨機將模組整個粉碎,由於CdTe太陽光電模組拆掉鋁框跟接線盒後玻璃與EVA的比例約為97:3,因此可以將大部分的EVA破片篩撿出來,之後用化學清洗將電池層材料由玻璃上移除下來,經過沉澱即可將玻璃從化學溶劑中分離出來,玻璃再進入後續的回收處理程序,最後用濕法冶金來回收碲與鎘。

太陽光電模組回收之效益
回收廢棄的太陽光電模組除了達到垃圾減量的目的外還有兩個效益,一個是回收有價值材料所產生的經濟效益,另一個是達到避免有毒廢棄物產生的環保效益,表六為太陽光電模組中常見材料與其價值。

鎵在地殼含量僅有19 ppmw,2016年全球產量375公噸,鎵廣泛應用在積體電路與光電子元件上,在太陽能應用中主要用於GaAs太陽能電池以及CIGS電池上,每公斤價格超過300美元。銦是地殼含量僅有0.25 ppmw的稀有元素,2016年全球產量655公噸,主要應用在光電產業作為透明導電膜,每公斤價格超過500美元。銀是貴金屬,地殼蘊藏量僅有0.075 ppmw,銀由於導電性極佳用於電子光電產業,再加上銀離子有制菌消毒作用,因此使用產業廣泛,2016年來每公斤價格為500~600美元。鍺由於地球蘊藏量少再加上提煉困難,價格一直居高不下,過去曾創下每公斤1,900美元的天價,2016年價格回穩回到每公斤1,000美元左右,全球產量也僅有…...以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。

表六、太陽光電模組常見材料之價格與產量
表六、太陽光電模組常見材料之價格與產量

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作者:王珽玉/工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」379期,更多資料請見下方附檔。


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