JP2007134358A - 太陽電池モジュールから太陽電池セルおよび／または強化ガラスを回収する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】使用済みおよび／または規格外れの太陽電池モジュールから太陽電池セルおよび強化ガラスを回収する方法を提供すること。
【解決手段】太陽電池モジュールから太陽電池セルおよび／または強化ガラスを回収する方法であって、太陽電池セルを封止樹脂に挟み込みこんで強化ガラスに接着させて形成された太陽電池モジュールをハロゲン原子および／または炭素−炭素不飽和結合を含まない有機溶剤に浸漬することを特徴とする該太陽電池モジュールから太陽電池セルおよび／または強化ガラスを回収する方法などを提供する。
【選択図】 なし

Description

本発明は、使用済みおよび／または規格外れの太陽電池モジュールから太陽電池セルおよび／または強化ガラスを回収する方法に関する。

太陽電池モジュールは、通常、何枚かの太陽電池セルをエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）などの封止樹脂で挟み込んで強化ガラスに貼り付け、裏面を保護フィルムで覆い、電力を取り出すための端子などを配線し、端部にアルミなどのフレームを装着して製造される（例えば、特開２００１−１１０７８２など）。
太陽電池モジュールを構成する部材の中で、太陽電池セルおよび強化ガラスは、それぞれ高価な材料ではあるが、製品を使用した後などに回収することができれば再利用が可能な部材である。

環境問題への意識が高まる中、太陽エネルギーを電力として取り出す太陽電池への期待度は高く、その生産量は年々増大していくものと考えられる。生産量の増加とともに使用済みの太陽電池モジュールや製造過程などで発生する規格はずれの太陽電池モジュールなどの量も増大していくものと考えられ、これらの中から太陽電池セルや強化ガラスを再利用可能な形態で回収するニーズは今後益々大きくなるものと考えられる。

太陽電池モジュールから太陽電池セルおよび／または強化ガラスを回収するためには、まず、フレームおよび配線を取り外したあと、太陽電池セルを挟み込んで強化ガラスに接着されている封止樹脂をなんらの方法で除去しなければならない。封止樹脂を除去するための方法としては、例えば
（ｉ） 流動床などを利用して封止樹脂などを燃焼処理する方法（例えば、非特許文献１参照）
（ｉｉ） 高温高圧下での処理、水蒸気雰囲気下での処理などにより、封止樹脂を分解または軟化させる方法（例えば、特許文献１参照）
（ｉｉｉ） 硝酸、酢酸などを用いて封止樹脂を化学的に溶解させる方法（例えば、特許文献２および３参照）
（ｉｖ） トリクロロエチレン、オルトジクロロベンゼン、リモネンなどの有機溶剤に膨潤または溶解させる方法（例えば、非特許文献２および３参照）
（ｖ） 太陽電池モジュールにあらかじめ発泡剤を仕込んでおき、封止樹脂内に刺激を与えることにより発泡させて機械的に封止樹脂を剥離させる方法（例えば、特許文献４および５参照）
（ｖｉ） 太陽電池モジュールに太陽電池セルに対して接着性のないシートを挟みこんでおき、そのシートのところから機械的に剥離させて太陽電池セルを回収する方法（例えば、特許文献６参照）
などが知られている。しかしながら、それぞれ例えば以下のような問題点が指摘される。（ｉ）の方法は、処理の過程で太陽電池セルの表面が削り取られ回収した太陽電池セルがそのままでは再利用不可能となる。（ｉｉ）の方法は、高温の水蒸気が必要であり、工業的なスケールでは加熱源や水蒸気源のためにボイラーなどの装置が必要であり、設備が大がかりとなる。（ｉｉｉ）の方法は、溶解のために使用する硝酸や酢酸が強い酸性物質であるため、太陽電池セルが犯されてしまい、回収した太陽電池セルがそのままでは再利用不可能となる。（ｉｖ）の方法では、封止樹脂であるＥＶＡとの比重差を利用する方法であるため、トリクロロエチレン、オルトジクロロベンゼンなどのハロゲン系の溶剤を利用することが必須であり、システム全般の環境負荷が高くなる。また、リモネンを用いる方法では、リモネンの化学構造中に炭素−炭素不飽和結合を有するため、長時間の使用ではその安定性に問題があり、さらにその製法は天然物から抽出に頼っているため、製造量が天然物の収穫量に左右されるなど、常時安定な供給が望めず、また、高価な溶媒であるので経済性に乏しい。（ｖ）および（ｖｉ）の方法は、既存の太陽電池モジュールにはない処理が施されているので、既存の太陽電池モジュールに対するリサイクルには対応できない。また（ｖｉ）の方法は、太陽電池セルに対して接着性のないシートと封止樹脂との界面における透過率の低下や反射率の増加が見られ、太陽電池の機能が低下する（非特許文献１参照）。
ＮＥＤＯ、太陽・風力技術開発室からの太陽光発電共通基盤技術開発に関する成果報告書「太陽光発電システムのリサイクル・リユース処理技術等の研究開発」 日本太陽エネルギー学会・日本エネルギー風力協会合同発表会（平成１０年１１月）、電気学会全国大会（平成１１年３月） 平成１６年１０月８日付の日経産業新聞 特開２００３−１４２７１４号公報 特開２００４−４２０３３号公報 特開２００４−１８６５４７号公報 特開２００３−１７１６２３号公報 特開２００３−３０６６５７号公報 特開２００３−１４２７２０号公報

本発明の目的は、使用済みの太陽電池モジュールや、製造工程などで発生する規格はずれの太陽電池モジュールなどから、環境への負荷が小さく、工業的に入手が容易で経済性に優れる有機溶剤を用い、容易な操作条件で太陽電池セルや強化ガラスを再利用可能な状態で、好ましくは無傷で回収する方法を提供することにある。

本発明は、以下の（１）〜（６）に関する。
（１） 太陽電池モジュールから太陽電池セルおよび／または強化ガラスを回収する方法であって、太陽電池セルを封止樹脂に挟み込みこんで強化ガラスに接着させて形成された太陽電池モジュールをハロゲン原子および／または炭素−炭素不飽和結合を含まない有機溶剤に浸漬することを特徴とする該太陽電池モジュールから太陽電池セルおよび／または強化ガラスを回収する方法。
（２） 有機溶剤が、エーテル結合またはカルボニル基を有する有機溶剤である（１）記載の方法。
（３） 有機溶剤が、メチルアミルケトン、メチルイソブチルケトン、ジブチルエーテルおよびエチレングリコールモノブチルエーテルからなる群から選ばれる有機溶剤である（１）記載の方法。
（４） 有機溶剤に浸漬する温度が６０℃以上である（１）〜（３）のいずれかに記載の方法。
（５） 有機溶剤に浸漬する温度が１５０℃以上である（１）〜（３）のいずれかに記載の方法。
（６） 有機溶剤に浸漬する際に、超音波を照射しておこなうことを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の方法。

本発明により、使用済みの太陽電池モジュールや、製造工程などで発生する規格はずれの太陽電池モジュールなどから、環境への負荷が小さく、工業的に入手が容易で経済性に優れる有機溶剤を用い、容易な操作条件で太陽電池セルや強化ガラスを再利用可能な状態で、好ましくは無傷で回収する方法が提供される。本発明の方法で回収した太陽電池セルや強化ガラスは再利用が可能である。

本発明に使用できる太陽電池モジュールとしては、従来既知の太陽電池モジュールがあげられ、例えば、太陽電池セルを封止樹脂に挟み込みこんで強化ガラスに接着させて形成されたものなどがあげられる。光を受けて発電する素子である太陽電池セルを太陽光発電装置として使用するために、太陽電池セルを封止樹脂にはさみこんで強化ガラスに接着させて太陽電池モジュールを形成させる。太陽電池モジュールの強化ガラスの反対側にはアルミニウムやフッ素樹脂でできたバックシートとよばれるものが貼り付けられているのが普通である。

太陽電池セルには、シリコン型、色素増感型、化合物半導体型などいくつかの種類が知られている。また、封止樹脂にはＥＶＡ樹脂、ブチラール樹脂などが知られており、耐久性を高めるために架橋させて用いられることが多い。しかし、本発明はこのような太陽電池モジュールの構成部材によって制約を受けるものではない。
本発明で使用するハロゲン原子および／または炭素−炭素不飽和結合を含まない有機溶剤としては、環境への負荷が小さく工業的に入手が容易で経済性に優れるものが好ましい。そのような有機溶剤としては、例えばペンタン、ヘキサン、イソヘキサン、ヘプタン、イソへプタン、オクタン、イソオクタン、ノナン、イソノナン、デカン、イソデカン、ドデカン、トリデカン、ヘキサデカンなどの脂肪族炭化水素類、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ジメチルシクロヘキサン、デカリンなどの脂環式炭化水素類、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、ヘキサノール、オクタノール、ノナノール、イソノナノール、デカノール、トリデカノールなどのアルコール類、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸オクチル、酢酸デシル、酢酸ドデシル、酢酸トリデシル、コハク酸ジメチル、コハク酸ジエチル、コハク酸ジブチル、酪酸エチル、酪酸ブチル、アジピン酸ジメチル、アジピン酸ジエチル、アジピン酸ジブチルなどのエステル類、アセトアルデヒド、ブチルアルデヒド、オクチルアルデヒドなどのアルデヒド類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルアミルケトン、メチルイソアミルケトン、メチルイソブチルケトン、ジイソブチルケトンなどのケトン類、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジブチルカーボネート、ビス（２−ブトキシエチル）カーボネート、ビス（２−（２−ブトキシエトキシ）エチル）カーボネートなどのカーボネート類、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジオクチルエーテルなどのエーテル類、エチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテルなどのグリコールエーテル類、エチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル、プロピレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジプロピレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、ジプロピレングリコールジブチルエーテルなどのグライム類などがあげられ、中でも、エーテル結合を有する有機溶剤（エーテル類、グリコールエーテル類およびグライム類）、カルボニル基を有する有機溶剤（エステル類、アルデヒド類、ケトン類およびカーボネート類）などが好ましい。より具体的には、メチルアミルケトン、メチルイソブチルケトン、ジブチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテルなどが好ましい。これらの有機溶剤は単独で用いても混合して用いてもよい。

本発明の有機溶剤に浸漬する方法は、特に限定されないが、例えば使用済みの太陽電池モジュールや、製造工程などで発生する規格はずれの太陽電池モジュールなどを、室温でまたは加熱下で上記の有機溶剤中に浸漬する方法などがあげられる。また、使用済みの太陽電池モジュールや、製造工程などで発生する規格はずれの太陽電池モジュールなどに上記の有機溶剤を必要に応じ加熱して、例えば振り掛けまたは噴霧などの方法により曝露させてもよい。

加熱下で有機溶剤に浸漬する場合には、例えば太陽電池モジュールを加熱された有機溶剤に浸漬させてもよいし、有機溶剤に浸漬させた状態で加熱してもよい。また、加熱源に制限はない。加熱する温度は、例えば４０℃以上、好ましくは６０℃以上、より好ましくは１００℃以上、さらに好ましくは１５０℃以上である。温度が高いほうが封止樹脂を膨潤あるいは溶解させる速度が速くなる。しかしながら、あまり温度を高くすることは太陽電池モジュール構成部材へのダメージが大きくなり、回収された太陽電池セルや強化ガラスの再利用が困難になるほか、操作圧力が高くなるために耐圧効果の大きな浸漬装置が必要となる。強化ガラスが溶融しなければ加熱する温度の上限には特に制限はないが、例えば３００℃以下でまたは２００℃以下で加熱することが好ましい。すなわち、加熱する場合の温度範囲は、例えば４０℃〜３００℃、６０℃〜３００℃、１００℃〜３００℃または１５０℃〜３００℃、より好ましくは４０℃〜２００℃、６０℃〜２００℃、１００℃〜２００℃または１５０℃〜２００℃の範囲である。

なお、操作圧力は用いる有機溶剤の蒸気圧と操作温度によって決まるもので、本発明はその圧力に制限されるものではない。環境保全の観点から、可能な限り閉鎖系で使用することが好ましい。
太陽電池モジュールからの太陽電池セルおよび／または強化ガラスの分離の効率を上げるため、例えば有機溶剤による封止樹脂の膨潤または溶解を促進させることができ、具体的には例えば、（ｉ）窒素などの不活性気体をバブリングする、（ｉｉ）攪拌する、（ｉｉｉ）太陽電池モジュールに高圧シャワーをかける、（ｉｖ）太陽電池モジュール自体を回転させる、（ｖ）振動を与える、（ｖｉ）有機溶剤に一方向もしくは多方向の流れを発生させる、（ｖｉｉ）超音波を照射するなどの補助的な手段を単独でまたは組み合せて講じてもよい。

また、有機溶剤と封止樹脂とをより効率よく接触させるため、（ｉ）事前にバックシートを剥がす、（ｉｉ）適当な切れ目を入れておいてから太陽電池モジュールを有機溶剤に浸漬させるなどの手段を単独でまたは組み合せて講じてもよい。
使用する有機溶剤は、蒸留などの手段によって溶解している樹脂分を除去し、精製することによって再利用することが可能である。

超音波照射を組み合せる場合は、通常、超音波発生装置を有機溶剤中に入れて超音波を発生させて利用する。超音波の周波数に制限はないが、通常は１０ｋＨｚから５００ｋＨｚまでのものが用いられる。有機溶剤中に気泡が発生すると超音波照射の効果が弱められるので、事前に有機溶剤を脱気してから使用することが好ましい。また、有機溶剤の脱気を合わせて行うため、減圧下に超音波照射おこなってもよい。

以下、本発明の実施形態を実施例および参考例により具体的に説明する。

ステンレス製の浸漬槽に、参考例で作成した評価用太陽電池モジュールを入れ、さらに、全体が浸るようにメチルアミルケトンを入れて密封した。続いて、浸漬槽を１５０℃に加熱したオイルバスに入れ、この温度で５６時間放置した。室温まで冷却した後、浸漬槽を開封し、評価用太陽電池モジュールを取り出したところ、ガラス基板とアルミ基板が完全に剥がれ、容易に太陽電池セルを取り出すことができた。すなわち、ガラス基板および太陽電池セルを無傷で回収することができた。

メチルアミルケトンの代わりにメチルイソブチルケトンを使用し、実施例１と同様の操作をおこなった。その結果、ＥＶＡが膨潤、劣化しており、ガラス基板とアルミ基板は剥がれていた。すなわち、ガラス基板および太陽電池セルを無傷で回収することができた。

メチルアミルケトンの代わりにジイソブチルケトンを使用し、実施例１と同様の操作をおこなった。その結果、ＥＶＡが膨潤、劣化しており、ガラス基板とアルミ基板は剥がれていた。すなわち、ガラス基板および太陽電池セルを無傷で回収することができた。

メチルアミルケトンの代わりにジブチルエーテルを使用し、実施例１と同様の操作をおこなった。その結果、ＥＶＡが膨潤しており、手で引き剥がすだけでガラス基板とアルミ基板は簡単に剥がれた。すなわち、ガラス基板および太陽電池セルを無傷で回収することができた。

メチルアミルケトンの代わりにエチレングリコールモノブチルエーテルを使用し、実施例１と同様の操作をおこなった。その結果、ＥＶＡが膨潤しており、手で引き剥がすだけでガラス基板とアルミ基板は簡単に剥がれた。すなわち、ガラス基板および太陽電池セルを無傷で回収することができた。
参考例 評価用太陽電池モジュールの作成
太陽電池セルを二枚のＥＶＡシート（ハイシート工業製、ＣＳ５０Ｂ−４０Ｔ）に挟み、さらにガラス基板とアルミ基板に挟み、１５０℃で１時間加熱圧着させ、評価用の太陽電池モジュールを作成した。

本発明により、使用済み太陽電池モジュールまたは製造中に発生した規格はずれの太陽電池モジュールから太陽電池セルおよび／または強化ガラスを再利用可能な状態で、好ましくは無傷で回収することができる。

Claims (6)

1. 太陽電池モジュールから太陽電池セルおよび／または強化ガラスを回収する方法であって、太陽電池セルを封止樹脂に挟み込みこんで強化ガラスに接着させて形成された太陽電池モジュールをハロゲン原子および／または炭素−炭素不飽和結合を含まない有機溶剤に浸漬することを特徴とする該太陽電池モジュールから太陽電池セルおよび／または強化ガラスを回収する方法。
2. 有機溶剤が、エーテル結合またはカルボニル基を有する有機溶剤である請求項１記載の方法。
3. 有機溶剤が、メチルアミルケトン、メチルイソブチルケトン、ジブチルエーテルおよびエチレングリコールモノブチルエーテルからなる群から選ばれる有機溶剤である請求項１記載の方法。
4. 有機溶剤に浸漬する温度が６０℃以上である請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. 有機溶剤に浸漬する温度が１５０℃以上である請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
6. 有機溶剤に浸漬する際に、超音波を照射しておこなうことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の方法。