從廢棄CIGS太陽能電池回收硒、鎵、銦之研究

Abstract

"近年來溫室效應的加劇以及化石能源的匱乏，使得各國政府急需尋找更清潔的能源。在這種背景條件下，取之不盡用之不竭的太陽能源就獲得了各國政府的青睞。而太陽能電池的大量應用，就會產生大量的光伏電池廢棄物。所以太陽能電池的回收技術，也需要受到重視。 當前占據光伏市場主體的是晶矽太陽能電池，晶矽太陽能電池是第一代太陽能電池。剩下的市場則被第二代太陽能電池——薄膜太陽能電池所占據。目前市場上，薄膜太陽能電池主要分爲兩類，一類是碲化鎘（Cadmium Telluride, CdTe）太陽能電池；另一類是銅銦鎵硒（Copper Indium Gallium Selenide, CIGS）太陽能電池。CIGS太陽能電池的光吸收層是由銅、銦、鎵、硒四個元素組成，如果能夠有效回收這些元素，能夠使CIGS太陽能電池更加符合環保要求，也能讓CIGS太陽能電池產業更有競爭力。 本研究使用微波熱裂解的方式來做前處理，目的是去除廢棄CIGS太陽能電池表面的有機材質；再使用高溫氧化法來分離回收硒元素；最後使用高溫氯化法來逐步分離和回收鎵元素與銦元素。 在微波熱裂解的過程中以200 W的微波功率，將手工裁剪後的CIGS太陽能電池板在氮氣的氛圍下加熱1 h。使得樣品失重率達到90%以上，最終溫度穩定在330 ℃左右，再將樣品研磨成粉末。使用微波熱裂解後的樣品，在純氧環境下以800 ℃氧化1 h，用去離子水吸收尾氣中的二氧化硒，從而達到回收硒元素的目的。再將去硒後剩下的殘渣混合氯化銨，在氮氣的氛圍下加熱至260 ℃~540 ℃，同樣用去離子水吸收尾氣中的鎵銦氯化物，從而達到回收鎵元素與銦元素的目的。 本研究之結果顯示，使用微波熱裂解作爲前處理能夠有效去除CIGS太陽能電池表面的有機質，並且能夠大幅度提升銅、銦、鎵、硒等元素在樣品中的含量，並且微波加熱相比較傳統電加熱有更好的加熱效率。在硒回收實驗中，僅需要600 ℃氧化30 min即可回收99%的硒元素。在鎵銦回收實驗中，不同溫度下鎵銦回收有明顯的先後順序，可以通過控制溫度來分步分離鎵元素與銦元素。 本研究的回收方法對比傳統的酸浸出回收金屬法，最大的優勢是不會有大量的強酸性廢液產生，並且有較好的回收效率。未來應有機會能夠應用在工業生產中，對於環境也相對較爲友好。"