光伏组件回收成为新热点
太阳能光伏发电,是世界能源绿色转型的生力军,其供应链包括了从硅材料提纯、铸锭拉棒、切片、电池和辅材、组件、平衡部件以及系统集成、应用和退役回收。
全球光伏回收产业市场潜力,国际能源署预计到2050年全球将有近8000万吨,约43亿块报废光伏组件需要处理,由于玻璃、铝、硅等材料、以及银、铟等稀有元素可以回收回用,回收也将产生约150亿美元的市场价值;中国光伏行业协会预测到2030年中国也将面临回收150万吨报废组件,2050年将达到2000万吨,随着近年来的大规模既有项目的技改,中国光伏回收高峰将提前到来。
光伏组件材料包含玻璃、硅、银、铜、铝等有价值组分,大部分物质通过适当回收,实现循环再利用,可有效缓解生态环境压力、降低光伏全产业链能耗等指标,进一步优化光伏组件全生命周期的绿色节能特性。因此,随着全球光伏从补充能源走向替代能源,进而成为主力能源的趋势越来越明显,随之而来的,光伏组件的回收与无害化处理也是全球面对的急迫问题。
回收厂能够回收晶体硅光伏板中95%的材料。而此前,老化或破损的太阳能电池板通常被送到玻璃回收设施中,仅对玻璃和铝框架进行回收。而剩下的材料会被送往水泥炉中作焚烧处理。此外,玻璃回收厂只能将太阳能电池板的特种玻璃杯回收后与其它普通玻璃混合,造成了浪费。
国际可再生能源署(IRENA)的一项研究证实:到2050年,世界范围内报废的光伏电池板数量将达到数千万吨(特别是在中国、美国、日本、印度和德国)——回收后价值将超过150亿美元。
仅在中国,2020年废弃的光伏组件就将达到2000万吨,是埃菲尔铁塔重量的2000倍。
在研究和生产中,硅材料与硅器件相互促进。在第二次世界大战中,开始用硅制作雷达的高频晶体检波器。所用的硅纯度很低又非单晶体。1950年制出只硅晶体管,提高了人们制备硅单晶的兴趣。1952年用直拉法(CZ)培育硅单晶成功。1953年又研究出无坩埚区域熔化法(FZ),既可进行物理提纯又能拉制单晶。1955年开始采用锌还原四氯化硅法生产纯硅,但不能满足制造晶体管的要求。
硅是元素半导体。电活性杂质磷和硼在合格半导体和多晶硅中应分别低于0.4ppb和0.1ppb。拉制单晶时要掺入一定量的电活性杂质,以获得所要求的导电类型和电阻率。重金属铜、金、铁等和非金属碳都是极有害的杂质,它们的存在会使PN结性能变坏。硅中碳含量较高,低于1ppm者可认为是低碳单晶。碳含量超过3ppm时其有害作用已较显著。硅中氧含量甚高。氧的存在有益也有害。直拉硅单晶氧含量在5~40ppm范围内;区熔硅单晶氧含量可低于1ppm。
热导率较大。化学性质稳定,又易于形成稳定的热氧化膜。在平面型硅器件制造中可以用氧化膜实现PN结表面钝化和保护,还可以形成金属-氧化物-半导体结构,制造MOS场效应晶体管和集成电路。上述性质使PN结具有良好特性,使硅器件具有耐高压、反向漏电流小、、使用寿命长、可靠性好、热传导好,并能在200高温下运行等优点。
硅是地壳上丰富的元素半导体, 性质而工艺技术比较成熟,已成为固态电子器件的主要原料。为适应超大规模集成电路的需要,高完整性高均匀度(尤其是氧的分布) 的硅单晶制备技术正在发展。虽然在超速集成电路方面砷化镓材料表现出的性,但尚不可能全面取代硅的地位。硅材料在各种晶体三极管、尤其是功率器件制造方面仍是主要的材料。无定形硅可能成为同单晶硅并列的重要硅材料。无定形硅和多晶硅太阳电池的成功将使硅材料的消耗量急剧增加。