自動光學檢測技術應用於廢棄太陽光電板之關鍵參數分析  

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胡振嘉、陳俊賢、張奕威、葉佳良、王浩偉 / 工研院量測中心
 
由於廢棄後的太陽光電板可能包含有用的模組和材料,需要根據檢測結果進行適當的分類以便後續回收再利用,減少對環境的衝擊影響。本研究目的為運用自動光學檢測技術應用於回收太陽晶片之關鍵參數,包含矽晶片厚度、翹曲量測與玻璃的失透率檢測。太陽光電板的矽晶片總厚度變化和翹曲的識別,是讓矽晶片被評估可以再利用的重要步驟,且此階段的檢測很大程度是取決於梯次利用的策略;失透光譜用於識別缺陷是否讓玻璃成為廢品,且失透檢測方式需適用於具有圖案結構的太陽能玻璃板。基於上述的需求,開發更有效的量測系統與方法,且能適用於太陽光電板的回收再利用處理廠。
 
【內文精選】
前 言
台灣太陽能裝置量正逐年提升,依據經濟部能源局資料,從2009年開始至今,歷經10年太陽能發電量每年平均成長89.6%,並於2019年10月,太陽能成為目前綠電供應主力之一,僅次於水力發電。政府正如火如荼地廣布太陽能發電廠,推動2025年20 GW政策,同時藉由模組的汰舊換新提升發電效率,故未來20年內將持續產生大量的廢棄(EoL)太陽能模組,當這些廢棄太陽能模組使用易拆解設計技術,將能夠從廢棄端找出回收價值。
 
太陽能電池回收技術發展現況與需求
2. 台灣的高效能易拆解太陽光電模組新設計與資源高值循環技術開發計畫
台灣的太陽能產業如圖三所示,於上游製造出矽晶片後,由中游的電池廠商來進行太陽能電池的製作,再交由模組廠商封裝成為太陽能模組板,本技術開發計畫在不更動現有產業鏈與生產程序下,導入綠色新模組材料,使易拆解新模組汰役後進行廢棄處理,可保持玻璃蓋板與電池晶片之完整性,並經本計畫研發的檢測技術,晶片與玻璃可再次回用太陽能產業或其他高值應用,達到循環經濟的最終目標。
 
矽晶片與玻璃檢測關鍵參數與檢測需求
綠色模組拆解技術是針對此計畫所開發之易拆解模組,如圖四所示,藉由開發低破損的拆解技術,使得易拆解的太陽能電池片與玻璃板可以維持完整無破損,再經過晶片再生技術使電池片回復成原始矽晶片,得到6N純度等級的高純矽晶片,以回到原產業使用,又或進入更高值的產業來做利用。玻璃板則是經過再生清潔程序後,成為高潔淨玻璃板,後續再進入高值玻璃產業來做應用。將綠色易拆解模組中之矽晶片成為自主循環標的,綠色易拆解模組回收取得之電池晶片,經提取有價金屬與剝除各結構層後,成為再生高純矽晶片原材,或將依照其厚度特性製作成薄型晶片,最後研發為利基型超薄電池。
 
發展新型易拆解模組所需的檢測技術如圖五,各檢測系統含括主要關鍵檢測系統開發,分別為整片矽晶片的尺寸/厚度/翹曲檢測系統、整片矽晶片的PN類型/電阻率檢測系統、整片玻璃板的雜質殘留檢測系統、整片玻璃板的穿透率檢測系統、碎片矽晶片的電阻率檢測系統、碎片玻璃的雜質成分檢測系統。檢測系統與國內設備商合作,串聯終端使用客戶,在測試過程中優化系統以符合使用者製程需求,最終導入客戶端實際場域驗證。以下分別就整片再生矽晶片的厚度/翹曲檢測技術及整片玻璃的雜質殘留/穿透率檢測技術進行介紹。
 
圖五、新型易拆解模組所需檢測技術
圖五、新型易拆解模組所需檢測技術
 
太陽能回收晶片與玻璃檢測結果
矽晶片厚度與翹曲是依據國際半導體材料暨設備協會(SEMI)所制定的MF657-0707標準,該標準定義晶片粗糙度(Micro Roughness)、厚度(Thickness)、厚度變異數(TTV)、翹曲度(Warp),如圖十(a)所示,其性質都有詳盡規定。檢測過程由目前所架構好的設備,配合上述的SEMI協會標準,發展出一套量測分析的流程,來檢驗晶片的品質。玻璃板失透是依據國際電工委員會(IEC)所制定的IEC62805-2:2017標準,有關於測量太陽模組中所使用的玻璃之穿透率(Transmittance)和反射率(Reflectance),如圖十(b)所示,其適用的太陽能玻璃包含超透明圖案玻璃(Ultra-Clear Patterned)、防反射塗層玻璃(AR)、透明導電氧化物塗層玻璃(TCO)、太陽能組件中其他類型的玻璃,標準中所述的測試方法所獲得的數據,可用來比較不同實驗室之間或同個實驗室在不同的時間測量下所得的結果,以進行測試驗證…以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
 
圖十、再生太陽能(a)矽晶片與(b)玻璃板的檢測標準
圖十、再生太陽能(a)矽晶片與(b)玻璃板的檢測標準
 
(廣編企劃)
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