太陽光電模組循環新設計(下)：材料世界網

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】

易拆解模組之回收

易拆解模組的回收流程如圖八所示。首先將模組的鋁外框與接線盒拆除，接著將背板分離。背板分離可避免在後續的熱分解程序時產生有毒的蒸氣。80%太陽能市場上使用的背板含有氟系塑膠，其中最常見的兩種材料是美國DuPont公司開發的Tedlar，以及法國Arkema公司開發的Kynar，Tedlar與Kynar分別使用了聚氟乙烯(PVF)與聚偏二氟乙烯(PVDF)。當模組背板使用這兩種材料時，在高溫狀態下會產生氫氟酸氣體，氫氟酸蒸氣容易造成設備損傷，且熱解設備出來的尾氣也必須特別收集再處理，不能任意排放，因此預先把背板移除再進行熱分解是較好的選擇。另一個考量點是白色的背板內部摻了許多的二氧化鈦(鈦白)粉末，以加強模組內部的光反射來增加模組光電轉換效率，這些二氧化鈦粉末在高溫下並不會分解，如果背板未移除就進入熱解程序，熱解出來的產物表面會沾附奈米粒徑的白色二氧化鈦粉末，不容易清洗移除乾淨，因此熱解前先將背板移除，有利於後續的清洗程序。

圖九、易拆解太陽光電模組(a)剝除背板熱解前；(b)熱解後外觀

圖十(a)是易拆解模組所回收得到的完整太陽能電池片，再經過一系列逆程序的化學清洗，依序移除電池表面的金屬電極、抗反射層、重摻雜的擴散射極層(Emitter Layer)後，可以得到如圖十(b)的再生矽晶(Crystalline-silicon)片，再生矽晶片的純度達到7N(99.99999%)，可以再次用在太陽能電池製作，雖然矽晶片再生過程中不可避免會有厚度上的減少，但是未來仍可以用在薄型化、可撓曲需求的應用市場。易拆解模組回收完整太陽能電池片，除了可以得到高純度的再生矽晶片之外，另一個優點是可以提高銀材料的回收率。傳統模組的回收不論是用破碎分選或是熱分解法，得到的太陽能電池片一定是呈現破碎狀態，這時只能以化學溶液去溶解銀電極，後續再透過結晶析出手段來獲取銀化合物(硝酸銀或是氯化銀)。

圖十、易拆解模組之(a)完整太陽能電池片；(b)再生高純度矽晶片

易拆解模組的環境效益

易拆解模組可以回收出可再利用的矽晶片與玻璃板，也許在經濟價值上並沒有非常顯著的效益，但是環境效益上就有很大的貢獻。圖十四是太陽光電模組的製造流程與易拆解模組的新循環路徑。從碳足跡分析顯示，在太陽能產業中生產一公斤矽晶片的碳排放為175公斤CO₂，這是因為矽晶片的製造原料是矽砂(二氧化矽)，矽砂經過碳熱還原法與西門子法轉換成多晶矽材料，這兩段製程不但耗電量非常高，碳熱還原法更會排放出大量的二氧化碳，也因此製造一片的矽晶片對於環境的碳排放如此驚人。如果太陽光電模組使用易拆解封裝材料，能將完整電池片從模組中分離出來再還原為再生矽晶片，所產生的碳排放只有2.76公斤，是製造原生矽晶片的1.5%，此時使用再生矽晶片相對起原生矽晶片大幅減少了環境碳排放。另一個友善環境的產品是…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。