【论文链接】
https://doi.org/10.1016/j.solener.2024.112379
【作者单位】
美国马萨诸塞大学洛厄尔分校
【论文摘要】
太阳能光伏（PV）是满足全球日益增长的能源需求的关键能源来源。它资源丰富、清洁环保，并且随着研究的深入，成本越来越低，效率越来越高。因此，全球太阳能电池板的安装量显著增加。考虑到太阳能电池板的平均使用寿命约为25年，且安装容量持续扩大，如果不采取适当的光伏废弃物管理方案，它们将产生大量废弃物。为了预测未来几年将产生的光伏废弃物数量，过去十年来，一些太阳能领域的研究人员和公司已将重点放在开发高效的光伏回收和管理策略上。为了回收高纯度光伏材料、加强供应链建设并促进循环经济，必须对这些太阳能电池板进行环保且适当的处理。本文首先介绍并分析了世界各地关于光伏回收的不同政策。其次，它回顾了不同太阳能电池板的现有回收策略，如晶体硅太阳能电池板、薄膜太阳能电池、有机太阳能电池、砷化镓（GaAs）太阳能电池、钙钛矿太阳能电池和染料敏化太阳能电池（DSSC）。第三，它描述了回收链中每个过程所执行的不同步骤。最后，它讨论了回收材料的经济和环境分析，并为有效的太阳能电池板回收提出了政策建议。光伏回收可以减少废弃物和二氧化碳（CO2）排放。本综述旨在为积极参与太阳能光伏回收的公司和研究人员提供信息。
【实验方法】
方法：
第一代太阳能电池板，即硅基太阳能电池板，是发电领域中最常见且占主导地位的类型。在2015年的全球十大光伏制造商中，只有First Solar一家生产薄膜太阳能电池板，其余如Trina solar, Canadian Solar, Jinko Solar, JA solar, Hanwah QCELS, Yingli, GCL system, Suntech Power, Runesola等制造商均生产硅基太阳能电池板。2020年，硅基太阳能电池板占全球太阳能电池板市场份额的约73.3%。因此，大多数光伏回收公司或策略都聚焦于硅基（Si-based）太阳能电池板。太阳能电池板的废弃物可能在其生产阶段的任何环节产生，包括面板制造、运输、安装以及使用寿命期间。不同光伏面板技术的制造工艺差异导致回收时采取不同的策略。
在硅基光伏组件的原材料阶段，可能的废弃物是在硅锭切片过程中产生的硅锭粉末。硅基组件制造的基本原材料是太阳能级硅（SoG-Si）。在光伏制造过程中，SoG-Si被熔化并固化以生产硅锭，然后使用不同的技术（如金刚石线锯切或浆料线锯切）进行切片，其中使用碳化硅和乙二醇的混合物作为磨料，通过侵蚀而非切割硅锭。在硅锭切片过程中，超过32%的硅锭变成粉末或称为硅屑的污泥。这种硅屑被视为废弃物，但其中含有超纯硅，可以回收用于生产SoG-Si硅锭。
对于第二代太阳能电池板，铜铟镓硒（CIGS）是用于生产吸收层的半导体材料之一。在生产吸收层时，超过60%的半导体金属未沉积在基板上，被视为废弃物。鉴于硒化物、铟和镓的经济价值和稀缺性，CIGS材料的回收可能是有益的。
光伏组件生命周期中废弃物产生的下一个阶段是光伏组件制造。在这一阶段，晶片被用于制造硅基太阳能电池。此过程中产生的废弃物包括玻璃、来自背板的塑料废弃物、其他废弃物框架、接线盒、铜线和具有制造缺陷（如微裂纹）的电池。微裂纹缺陷在薄膜太阳能电池板的制造过程中也很常见。光伏使用阶段产生的废弃物可能是组件本身作为废弃物，或者组件的一些组件，如接线盒。如前所述，组件也可能在运输过程中损坏。在运输或使用过程中可能发生的一些组件故障包括电气故障，如接线盒、接地、保险丝、二极管故障和布线；由雪、风、温度变化引起的降解、腐蚀等环境因素导致的故障。其他故障包括组件开裂、电池互联断裂、框架松动、抗反射涂层降解、封装材料（乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA））变色、光致降解（LID）和电致降解（PID）。
现有回收策略基本过程：
基于光伏组件的结构，现有的回收策略采用三个基本过程来实现完全回收：剥离、分离和不同元素的纯化。这些过程可以通过物理、热或化学方法完成，具体解释如下：物理方法：拆卸组件以移除铝框、电缆和接线盒。对接线盒和电缆进行检查后进行处理，而层压件则被粉碎以便进行下一个过程。热方法：将粉碎后的层压件在炉中加热。其中一种方法是将粉碎后的层压件放入高温炉中，加热至约500°C，持续一小时，加热速率为450°C/h。另一种方法是逐渐将炉温以10°C/min的速率升至650°C，并在该温度下保持约一小时。通过这种方法，可以回收91%的玻璃。化学方法：使用不同的溶剂和溶液来回收太阳能电池板的不同元素。所需元素决定了所使用的溶剂。以下是一些溶液/溶剂和回收元素组的示例：使用磷酸膏来回收太阳能晶片；将晶体硅太阳能电池板在80°C的三氯乙烯中浸泡10天，以完全去除乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）并回收硅电池。
【图文摘取】
