JP2002164558A - CdTe/CdS薄フィルム太陽電池モジュールの再生利用方法 - Google Patents
CdTe/CdS薄フィルム太陽電池モジュールの再生利用方法Info
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Abstract
ム太陽電池モジュールの再生利用方法の代替として、経
済的に実施することが可能な新しい再生利用方法を提供
することである。 【解決手段】 CdTe/CdS薄フィルム太陽電池モ
ジュールの再生利用方法であって、モジュールは機械的
にモジュールの破片として粉砕され、そのモジュールの
破片は、酸素を含んだ大気に少なくとも300℃の温度
に触れることによって炭化水素を基礎にしたプラスチッ
ク物質の形態状のモジュールの破片に含まれる接着剤の
熱分解を引き起こし、熱分解中に生じるガス状の分解産
物は放出され、その後、接着剤が除去されたモジュール
の破片は、塩素を含むガスの大気に400℃より高温度
下にて触れることにより、エッチング工程を引き起こ
し、上記エッチング工程において、生成される塩化カド
ミウムおよび塩化テルルは冷却することにより凝縮し、
沈殿する。
Description
薄フィルム太陽電池モジュールの再生利用方法に関連す
る。
形状におけるCdTe薄フィルム太陽電池は、米国特許
出願番号5,304,499に対応する欧州特許出願番
号0535 522 A2の例において開示されてい
る。そのような同様の電池の広い面積のモジュールは、
本発明と一致した方法によって継続的に処理されること
ができる。モジュールは、ガラス基板(好ましくは、窓
ガラスの基板(ソーダ石灰ガラス))を有しており、T
CO層(好ましくはITO層)、薄いCdS層(例え
ば、100nmの厚さ)、及びCdTe層(例えば、3
〜7μmの厚さ)によって塗布され、金属(例えばニッ
ケルのような)の蒸気が沈滞した背面の接触層若しくは
半伝導層を形成する二重層(例えば、アンチモンテルル
化物)並びに付加的な金属層が供給される。モジュール
は、その長さ1メートルにつき約100個の独立したセ
ルから成るような仕組みで、米国特許番号4 243
432に示されている原理にしたがって組み立てられ、
処理される。モジュールの光を受ける面と反対側の背面
は、プラスチック接着剤によって接着されたバックガラ
スにて覆われている。接着剤は、炭化水素を基礎にした
塩素を含まないプラスチック接着剤から成り、ほとんど
の場合、エチレン/酢酸ビニルの共重合体(E/VA若
しくはEVA)から成る。バックガラスは、標準的な方
法によるEVAフィルムによって塗布され組み立てられ
た基板のモジュールガラスにしっかりと固定された。セ
ルの外部の接触部に例えば金属バンドの形をして固定さ
れた電気的なコンダクタは、バックガラスの穴を通って
モジュールから引っ張り出される。
及している、例えば米国特許出願番号5 453 11
1が開示している同様のモジュールは、本発明による方
法で処理することができる。この米国特許出願は、どち
らかというとコストがかかり異なる太陽電池モジュール
の再生利用方法(湿潤化学的方法、乾式冶金方法、湿式
冶金方法など)の分かり易い全体の流れを提供してい
る。米国特許出願番号5997 718によるセルは、
例えば、従来のシュレッダー装置にて豆ほどの大きさに
砕かれ、次いで周囲温度と最大120℃の間の温度、好
ましくはおよそ80℃、で湿潤化学的方法にて処理さ
れ、存在する金属を酸化するためにまず最初に希釈した
硝酸で処理され、処理溶液へと送られる。EVA層は、
この過程において薄層に分かれ、浸出処理溶液から掬い
取ることができる。基板のガラスに塗布されたSnO2
層は、希釈した硝酸によって溶解しない。メタリフェラ
ス処理溶液は後に白金電極を使用して、電気分解を受
け、テルルは、陰極に沈着物として回復し、およびカド
ミウムは、溶液中に残る。
Te/CdS薄フィルム太陽電池モジュールの代替とな
る再生利用方法として、経済的に実施することが可能な
新しい再生利用方法を提供することである。
明の主題によって解決され、有用なさらなる発展が、従
属クレイムにおいて明らかにされる。
ュールのための本発明による再生利用方法は、モジュー
ルの成分の湿潤化学的分離方法を避け、その代わりとし
て、独占的にガス大気のみを使用し良好な結果にて行わ
れる。モジュールは、機械的な分解若しくは粉砕がまず
最初に行われるが、破片の分解および均一の程度に関す
る必要条件は低い。ガス処理の適用では、数cmから約
10cmの大きさの粗い粉砕で十分である。
に、少なくとも300℃の温度下で酸素を含んだ大気に
さらす。300℃の温度は、破片に含んでいる有機接着
方法の炭化水素を基礎にした塩素を含まない接着剤の形
態(通常、エチレン/酢酸ビニルの共重合体(EV
A))を熱分解的に分解する。理想的には、水と二酸化
炭素がこの処理中に発生する。しかし、たとえメタンガ
スやメタンガスと類似の炭化水素化合物の残存物が発生
したとしても、熱分解によるすべての分解物は簡単に吸
収され、完全に焼却することができるので、これは重要
な問題ではない。好ましくは、経済的な理由から、空気
が酸素のキャリアーガスとして使用される。しかしなが
ら、本発明による方法は、酸素のキャリアーガスに限る
だけでなく、例えばアルゴンのような他のキャリアーガ
スを空気の圧力よりも高い酸素の分圧下においても働く
ことができる。好ましくは、熱分解は、400℃から5
20℃の間の温度にて起こる。一方、燃焼が非常に注意
深く行われるので、カドミウムテルル化物がまだ蒸発し
ないことは保証される。その反面、燃焼は400℃より
高い温度にて加速され、処置の時間は、およそ5分間く
らいのできるだけ短時間で行うことができる。
要ではない。好ましい実施様態において、空気は、約1
分間に1リットルのポンピング能力がある単純な膜のポ
ンプ法によって管状炉の熱した反応帯を通って送り込ま
れた。
素及び好ましくは窒素のガス大気に400℃より高い温
度で触れ、その結果として、エッチング工程を含む。ガ
ス状の塩化カドミウム及び塩化テルルがこのエッチング
工程において生成され、それら生成されたガス状の塩化
カドミウム及び塩化テルルは冷却によって凝縮し沈殿す
る。エッチング工程は、理論的には温度が400℃より
低くても可能であるが、しかしながら、エネルギー消費
及び処理時間があまりにも高く受け入れることができな
いために不十分である。それゆえ、好ましくは、450
℃よりも高い温度がこの工程には使用され、金属層のエ
ッチングにとっては、数分間の処置時間で十分である。
に)の好ましいおよそ500℃の上限温度は、ソーダ石
灰ガラス(窓ガラス)が基板物質として採用されたモジ
ュールの発明品を試験した結果の実際の温度である。ホ
ウケイ酸ガラス又はホウケイ酸ガラスと同種のような高
温ガラスを使用すると、高温が可能である。原理的に
は、工程段階の温度は、より高く調節できるかもしれな
い。しかしながら、再生利用される各々のモジュールの
ガラスの基板物質の熱耐性及び融点のため、温度には上
限がある。
ましくは準大気圧若しくは換算気圧に調節される。ガス
の処理量を減少し、エッチング効率を増加するために、
この操作が行われる。一連の実施された試験において、
100ミリバールから600ミリバール間の圧力範囲が
適切であることが証明された。しかしながら、特により
高い物質の消費量を受ける場合、圧力範囲は広い範囲で
自由に選ぶことができる。
行われる。塩素ガスの高い反応性の観点からすると、こ
の窒素の付加は、工程の制御を単純化し、より汚染しな
いことが明らかな工程を生み出す。塩素分圧は、ガスの
混合物における窒素分圧と比較して、その差が1%より
大きいことが好ましく、その理由としては、塩素の低い
値におけるエッチング効率がかなり減少するためであ
る。10%より高い値であれば、絶対的に可能である。
しかしながら、高い物質の消費のために適切ではなく、
なぜなら10%の窒素分圧の値よりもさらに上昇してい
る塩素分圧によってもエッチング効率がほとんど増加し
ないためである。さらに付け加えると、塩素分圧は、高
温度下において低くすることができる。
は、約30秒から5分間で行うことができる。それらの
値は、異なった圧力状況下における450℃から500
℃の温度範囲において確認された。原理的には、温度の
増加は、エッチングの時間の短縮化を導く。
て生じ、塩化テルルは、冷たい表面に沈殿物として適切
に回復する。上記に掲げた目的のために、温かいガス
は、適切な処理チャンバーの外側に位置するクーリング
若しくは冷却トラップに導かれる。冷却トラップの実用
可能な実施態様は、特に、上記の塩化カドミウムと塩化
テルルの両塩化物が150〜200℃における凝縮によ
り非常に低い蒸気圧を示すため、非常に簡素である。有
用な実施態様では、水で冷却するトラップが使用され
る。
塩化テルルは、別々に凝縮される。塩化カドミウムと塩
化テルルが凝縮されるために、冷却トラップにポンピン
グマニホルドによって通された温かいガスは、まず最初
に塩化カドミウムのみが沈殿する温度である350℃近
辺まで冷却され、次いでさらに塩化テルルが沈殿するお
よそ150℃近辺若しくはそれより低い温度まで冷却さ
れる。350℃の代わりに、例えば300℃でも使用で
き、150℃の代わりに、また、例えば200℃でも使
用可能であろう。しかしながら、この作用は、不利的に
2つの温度差の値を縮めてしまうであろう。
ITO)は、ガラス上に残留するか、塩酸ガスの手法に
よって除去され、それによって、対応する塩化物と水
(InCl3, SnCl2,4 及びH2O)が生じ
る。
本発明によるエッチング工程はまた、CdTe/CdS
層を除去するために、分割されていないガラス基板を処
理するのではなく、すでにCdTe/CdSで塗布され
たガラス基板(しかし、まだバックガラスは供給されて
いない)を処理する段階b)による前処理の熱分解なし
で使用することができる。上記に掲げた方法で、湿潤な
化学処理を使用せずに、不十分な上塗りを施したガラス
基板を形成している生産物の廃棄に有利に対処すること
は可能である。
既にインストールされた湿潤化学的工程若しくはサンド
ブラストを伴う処理によって、)とは異なる方法でCd
Te/CdS層が除去され、また、プラスチック接着剤
の熱分解的解体の段階bの方法は、本発明の段階Cの方
法なしで有利に適用することができる。
り詳細に説明される。
の太陽電池モジュールは、例えば、ハンマーミルのよう
な打ち砕く道具で数センチの大きさの破片に粉砕され、
クォーツチャンバーに詰められる。このチャンバーは、
ポンピング装置(Alcatel社の2033 CP+
及びCFF Turbo)、いくつかの圧力計(Ley
bold Heraeus社のThermovac T
M20S及びPenningvacPM310)、及び
ガスを取り扱うマニホールドを備えている。上記に掲げ
たようなチャンバーは、例えば、太陽電池モジュールの
活性化のために使用された。
ができるために、モジュールの金属接触部の除去は必要
ない。
で、空気は、ポンプで送り出され、チャンバー内を1分
間に1リットルの流率で通過する。熱処理は、任意の種
類の熱処理によって達成される。本実施態様において、
独自で設計した熱耐性を持つ管状炉が使用された。温度
は、約400℃に調節された。発生した燃焼ガスは、ポ
ンプで吸い出された。およそ10分から15分後に、エ
チレン/酢酸ビニルの共重合体(EVA)は、実質上、
二酸化炭素と水に分解された。
0ミリバールの窒素分圧及び5ミリバールの塩素分圧で
混合された窒素/塩素ガスの混合物がチャンバーに供給
された。上記目的のために供給されたポンピングマニホ
ールドを通して、エッチング工程で生じた塩化カドミウ
ム及び塩化テルルの両ガスは、冷却トラップと冷却トラ
ップの冷却している表面に沈殿物がある別のチャンバー
へとポンプで注ぎ込まれた。
ンバーにて行われた。分離したチャンバーで行うため
に、熱処理のためのハロゲン照射器を備えている別のチ
ャンバーがさらなる実験にて使用された。
ルらのガスは、最初の冷却トラップにおいて、まず、塩
化カドミウムのみが沈殿する約350℃まで冷却され、
その後、それらは、塩化テルルが沈殿する下流にある第
2の冷却トラップにて約150℃若しくはそれよりも低
い温度まで冷却された。
スの破片は、例えば、ガラスを処理する会社等に提供さ
れることができる。特に利点としては、方法の段階C)
に続くさらなる段階d)において、TCO層は塩酸ガス
によってエッチングされる。もし、TCO層が酸化スズ
で構成されている場合、唯一塩化スズのみが生じ、もし
TCO層がITOから構成されているならば、段階d)
においてインジウム塩化物が付加的に生じる。同様な方
法で、相当するインジウムを含む沈澱生産物をさらに処
理することによって貴重なインジウムを回復するのが可
能である。塩化スズもまた、沈殿物として冷却トラップ
の手法によって回収されることができる。さらに現在で
は、ガラスを処理する会社は、すべての層が除去された
ガラスの破片を好む。
窒素で希釈され、好ましくはおよそ1:100に調節し
た塩酸と窒素の最低限の分圧比の塩酸/窒素の混合物が
使用される。温度はまた、400℃よりも高いのが好ま
しいが、ソーダ石灰ガラスの形態のガラス基板の場合
は、およそ520℃よりも低い。
は、例えば、その反応処理中に破片の旋回運動に効果を
与える回転円筒のような大量の物質を処理できる装置で
ある。
ルは、ニッケルを含んでいる背面接触層を有している。
また、モリブデン又はバナジウムやバナジウムと類似の
物質や化合物のような別の背面接触物質は、段階C)に
よるエッチング工程にて、すでにエッチングされてい
る。所望であれば、それらはまた、異なる温度に調節さ
れたさらなる冷却トラップの手法によって選択的に沈殿
される。
Claims (13)
- 【請求項1】 CdTe/CdS薄フィルム太陽電池モ
ジュールにおいて、 a)該モジュールは機械的にモジュールの破片として粉
砕され、 b)該モジュールの破片は、酸素を含んだ大気に少なく
とも300℃の温度で触れることによって、炭化水素を
基礎にしたプラスチック接着剤の形状で該モジュールの
破片に含まれている接着剤の熱分解を引き起こし、熱分
解中に生じるガス状の分解産物は放出され、 c)該接着剤が除去された該モジュールの破片は、塩素
を含むガスの大気に400℃よりも高い温度で触れるこ
とにより、エッチング工程を引き起こし、該エッチング
工程において、生成される塩化カドミウムおよび塩化テ
ルルは、冷却することにより凝縮し沈殿することを特徴
とするCdTe/CdS薄フィルム太陽電池モジュール
の再生利用方法。 - 【請求項2】 前記段階c)の方法において、塩素及び
窒素ガス大気が使用されることを特徴とする請求項1に
よる方法。 - 【請求項3】 前記炭化水素に基づいたプラスチック接
着剤が、エチレン/酢酸ビニル−共重合体(EVA)か
ら成ることを特徴とする請求項1又は2による方法。 - 【請求項4】 前記段階C)に続く更なる段階d)にお
いて、ガラス上に残存するモジュールの破片のTCO層
が、好ましくは窒素で希釈された塩酸ガスの手段によっ
てエッチングされることを特徴とする請求項1乃至3の
うちいずれか一項記載の方法。 - 【請求項5】 前記熱分解段階b)及びエッチング段階
d)が400℃より高い温度下にて行われることを特徴
とする請求項1乃至4のうちいずれか一項記載の方法。 - 【請求項6】 前記段階C)及び段階d)のガス大気が
換算圧力に調節されることを特徴とする請求項1乃至5
のうちいずれか一項記載の方法。 - 【請求項7】 前記塩素及び窒素ガス大気が、塩素及び
窒素を含み、窒素に対する塩素の分圧比が0.01から
0.1間であることを特徴とする請求項2乃至6のうち
いずれか一項記載の方法。 - 【請求項8】 前記段階b)の熱分解が1分から15分
間で行われることを特徴とする請求項1乃至7のうちい
ずれか一項記載の方法。 - 【請求項9】 塩素及び任意に窒素を含むガス大気での
前記段階c)及びd)における前記エッチング工程がお
よそ450℃若しくはより高温度下で行われることを特
徴とする請求項1乃至8のうちいずれか一項記載の方
法。 - 【請求項10】 前記エッチング工程において生成され
る塩化カドミウム及び塩化テルルが冷却した表面上に沈
殿物として回収されることを特徴とする請求項1乃至9
のうちいずれか一項記載の方法。 - 【請求項11】 前記エッチング工程において生成され
る塩化カドミウム及び塩化テルルが冷却トラップに導か
れることを特徴とする請求項1乃至10のうちいずれか
一項記載の方法。 - 【請求項12】 前記エッチング工程において生成され
る塩化カドミウム及び塩化テルルが、まず、塩化カドミ
ウムのみが沈殿する温度まで冷却され、その後、塩化テ
ルルが沈殿する温度までさらに冷却されることを特徴と
する請求項1乃至11のうちいずれか一項記載の方法。 - 【請求項13】 前記段階a),c),及び任意な前記
段階d)の採用を、バックガラスでは覆われてなく、C
dTe/CdSで塗布されているガラス基板への適用を
特徴とする請求項1乃至12のうちいずれか一項記載の
方法。
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