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薄膜光伏电池回收处理方法研究何梓瑜

发表时间：2020/5/8 来源：《电力设备》2020年第2期作者：何梓瑜张骏魏超李岳纯

[导读] 摘要：现阶段我国逐步加大了对可再生能源的开发和研究力度，薄膜光伏电池产业出现并获得良好发展。

        （华电电力科学研究院有限公司）
        摘要：现阶段我国逐步加大了对可再生能源的开发和研究力度，薄膜光伏电池产业出现并获得良好发展。大规模利用太阳能对于应对全球性的能源危机、全球气候恶化、环境污染还有世界上很多无电区域的用电需求来说都非常重要。而作为世界上唯一的兆兆瓦量级再生能源，太阳能成为可再生能源的代表。本文主要对薄膜光伏电池的回收处理进行分析以及研究。
        关键词：薄膜光伏电池；可再生能源；回收处理
        1.前言
        随着经济的不断发展，我国对于能源的需求量也越来越大，但能源的过度开发使得石油、煤、天然气等不可再生资源的存储量不断下降，能源紧张愈加明显。况且石油和煤炭资源利用会带来环境污染，整体利用安全性也相对较低。而随着科学技术的发展，人们对于太阳能、风能、潮汐能、地热能、水能等可再生的清洁、无污染、安全可靠可再生能源的研发和重视程度越来越高。
        2.薄膜光伏电池：
        据科学家预算，到2050年全球每年共需约8000兆焦耳再生能源才能稳定大气层中的二氧化碳浓度，从各再生能源的产量和利用程度来说，只有太阳能能够满足这种规模的需求。几乎所有太阳能照射到的地方就能使用太阳能，而对于发达国家来说，只需要1%的面积使用太阳能就能够满足其全部的能源需求。我国对水电、生物能源的使用量和开发力度也在不断加大，而对于太阳能的使用量和开发力度会相对较少。但从实际潜力和理论潜力上来说，太阳能的潜力要远高于水电、生物能、风能等可再生能源。而薄膜电池也是通过光伏发电所形成的一个重要行业。在发展过程中随着技术的不断发展，其生产成本也会不断降低。
        在大规模利用太阳能过程中所遇到的主要瓶颈就是成本，太阳能发电尤其是光伏电池生产成本要比常规电价高出3~5倍，过高的价格会限制太阳能发电的推广和利用；一旦接近电网市场会呈现爆发性增长。效率是影响成本和产业占地面积的的主要因素，效率越高、成本越低、占地面积也就越小，只要效率达到10%就能够实现规模化生产，成本自然就会下降。太阳能光伏电池分为晶体硅电池、薄膜涂层电池、其他新型电池三大类。其中薄膜涂层电池分为硅基薄膜电池、化合物半导体薄膜电池。硅基薄膜电池又分为非晶硅基太阳电池、微晶硅、多晶硅薄膜太阳电池；化合物半导体薄膜电池则又可以分为碲化镉薄膜电池、铜铟硒薄膜电池、砷化镓薄膜等不同类型。现阶段光伏电池市场上晶硅技术为主的光伏电池占据主要位置，其中晶体光电池生产工艺成熟、转换率高，是整个市场的主导产品，薄膜光伏电池产品由于生产原料产量限制、生产成本等多方面因素限制，整体发展速度缓慢。
        3.薄膜电池产业化过程中的问题：
        薄膜光伏电池作为太阳能利用的一种形式，通过利用价格低廉的陶瓷、石墨、金属片等不同材料当基板，再加以各类不同的元素，最终能够将太阳能转化率提升到13%。如果10%就能够形成规模化生产，那么薄膜太阳能电池生产在极大程度上能够实现太阳能资源的规模化利用，提高资源利用效率。尤其是薄膜电池本身具备的可挠性也使得其本身的应用范围不断扩展，可以和建筑相结合进行建设。

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        从现阶段薄膜电池整体生产现状来说，薄膜电池规模化效率低，晶硅薄膜以及微晶硅薄膜生产还没有形成产业化。碲化镉薄膜电池产业镉的毒性问题得不到解决，从而影响市场准入度；碲产量无法满足市场需求，市场价格不断上涨。总的来说几在薄膜电池产业化生产过程中所面临的主要问题就是规模化程度低、产量低、市场价格较高。其中有很多元素和组件市场产量少，市场价格高，具备极高的回收利用价值。如果不能加以回收利用，不仅这些稀缺元素储量会不断减少，影响到薄膜电池产业化进程，而且还会影响整个电池产业化生产的成本，造成资源浪费。
        4.薄膜电池回收处理方法：
        在现阶段光伏发电产业发展过程中碲化镉薄膜太阳能电池已经成为其中重要的组成部分，但其中所含有的稀散金属碲和镉是有毒物质。In、Ga、Se等稀贵元素和有毒元素Cd处理不当非常容易造成浪费和环境污染。尤其是In元素本身产量十分有限，市场供应较少，如果得不到有效的回收利用，那么会对整个市场造成影响，对于到达使用寿命的电池还需要进行回收处理。
        想要最大程度的保护环境，还需要无害化综合回收处理玻璃板、电线、有价稀散金属碲、镉、钼等在内的碲化镉薄膜太阳能电池副产品组件，回收回来的这些组件都可以实现循环再利用，在技术不断发展过程中这些组件资源的回收重复利用效率也大大提升。激光蒸发回收处理方法，通过将报废的薄膜太阳能电池组件背板玻璃、导电极撤出后得到带光伏膜层的玻璃基板，之后再利用激光器近距离照射最终得到完整的玻璃基板。蒸发物中含有部分有价金属，可以利用相对工艺实现综合回收。整体回收工艺流程处理速度非常快、复杂程度低，对玻璃基板的损伤比较小，可以实现回收再利用，有价金属的回收率也非常高。同时在整个工艺中还可以利用相应机械设备实现自动化生产，无论是从回收的成本还是回收的效益来看，此回收工艺都十分符合现阶段的薄膜光伏电池回收处理要求。在提高资源有效利用效率的同时还能够避免有毒物质影响环境，造成环境污染。
        目前，上述两种薄膜电池组件的回收较常采用的方法是模组直接机械破碎后湿法浸出，固液分离，从溶液中回收有价金属。该工艺前期设备投资较少，工艺也较简单，但工作环境相对较差。产生的碎玻璃渣利用价值小，弃置堆放及环保压力较大。
        5.结束语
        本文主要对薄膜光伏电池及其回收方法进行介绍和分析，对于光伏发电市场来说薄膜光伏电池是其中一个重要组成部分，对于太阳能的利用以及缓解国内能源紧张局面、改变现有能源局面来说有重要作用。但从实际的薄膜光伏电池回收利用来说，还面临诸多问题会影响其回收效率和回收成本，需要各相关人员不断加强研究，进一步改变现有的薄膜光伏电池回收落后局面。
        参考文献：
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        [2]朱艳君. 薄膜太阳能在小型家电中的应用[D]. 天津科技大学, 2015.
        [3]李沫, 童昕. 薄膜太阳能电池再循环的经济可行性研究——以山东省为例[J]. 北京大学学报(自然科学版), v.52;No.274(2):130-136.
        [4]林引岳. 双界面图形化柔性薄膜太阳能电池的界面调控及光电特性研究[D]. 太原理工大学, 2015.