王珽玉、林志龍、曹申 / 工研院材化所
太陽能是再生能源的一種，太陽光電模組是為了將太陽能轉變成電力來使用的發電裝置，為了降低使用成本並延長太陽光電模組的使用壽命，模組封裝材料以20年的耐候特性來進行設計，但是卻未考量未來回收的便利性。為了讓太陽光電模組可以容易回收，使各組成材料能有效分離，提升太陽光電模組的回收價值，工研院開發易拆解型太陽光電模組，該模組可以在壽命終了後，拆解出完整的太陽能電池片與玻璃板，並將太陽能電池片經過逆製程還原成再生矽晶片，最後再生矽晶片還能再次用於太陽能電池的製造，讓太陽光電模組達到循環再生的願景。
【內文精選】
前 言
以再生能源取代非再生能源是全球的趨勢，也是政府的施政目標。近年來台灣大力推動太陽能發電的建設，未來勢必產生大量的廢棄太陽光電模組(PV Module)，需要一個可以妥善處理的技術，避免發生廢棄物無處可去的問題。
圖一是台灣太陽光電的每年裝置量紀錄，2010年台灣開始大量使用太陽光電模組，政府的政策目標訂定2025年達到20 GW的總裝置容量，如欲達成此目標，未來四年的安裝量將高達每年3.5 GW。以每片模組發電量300 W重量為18公斤作為計算基準，每GW的模組重量約為60,000公噸。圖一的計算前提是每年的模組廢棄物都能在當年度處理完畢，如果台灣一直無法建立出一套廢棄太陽光電模組的妥善處理設施，仍然如同現在只能暫存囤積，廢棄物的累積在2040年國內就會有超過100萬公噸的廢棄模組累積量，因此太陽光電模組回收(Recycling)的技術需求迫在眉睫。
圖一、台灣太陽光電模組每年裝置量與廢棄物產出預估
傳統太陽光電模組
圖三是太陽光電模組的結構圖，太陽光電模組的正面(照光面)為玻璃板，內部的太陽能電池片扮演了吸收光線、輸出電流的角色。目前市面上最常使用的太陽能電池片為單晶矽電池，每片電池片之間以導電焊帶(Ribbon)進行串接成電池陣列，電池陣列的正、背面被封裝材料所包覆固定，夾在正面玻璃板與背面的保護背板中間，模組的四周有保護支撐的鋁框，背面有一個接線盒。封裝材料的主流是乙烯醋酸乙烯酯(EVA)，其已在太陽能產業有幾十年的使用歷史。
易拆解太陽光電模組
為了降低廢棄太陽光電模組的拆解難度，提高回收產品的價值，工研院開發了易拆解太陽光電模組。圖六是易拆解模組與傳統模組的結構比較。易拆解模組與傳統模組的差異在封裝膜不同，傳統模組的封裝使用EVA，封裝時將電池串列以兩片EVA包覆，EVA的另一側則是玻璃板與背板，將玻璃板、上層EVA、電池串列、下層EVA、背板疊放後進行熱壓封裝。易拆解模組的封裝膜則是使用雙層膜結構，一層材質為EVA另一層材質為熱塑彈性體塑膠(TPE)，電池串列被TPE所包覆住，玻璃板與背板則是靠EVA來黏著。
易拆解模組的可拆解特性源自於TPE膜層，這層TPE為低交聯的材料設計，可在加熱時軟化，使電池串列與玻璃板得以分離開來，並且保持太陽能電池片的完整性。傳統模組如果利用高溫法來進行回收處理時，EVA在加熱時會使醋酸基分解變成醋酸氣體，此時由於太陽能電池被EVA牢牢的包覆固定住，產生的氣泡無法排出，就會擠壓電池片造成電池片的破裂(圖七)。易拆解模組在回收處理時TPE會先在EVA產生氣體前軟化(熔化)，軟化後的TPE包覆住電池串列成為一個緩衝保護層，當EVA產生氣體形成氣泡時，軟化的TPE可以吸收壓力，避免壓力傳達到太陽能電池片上，生成的氣泡累積聚集後會沿著玻璃板與TPE的界面朝向側邊移動，最終由模組的邊緣逸出。
易拆解模組採用了雙層膜的封裝材料來達成拆解目的，但是最重要的是…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖七、(a)傳統模組；(b)易拆解模組加熱下之變化
★本文節錄自《工業材料雜誌》417期，更多資料請見下方附檔。