JP2012019134A - 太陽電池モジュール材料の再利用のための回収方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
迅速且つ簡便に太陽電池モジュールを解体し、そこから、シリコンセル、ガラスおよびＥＶＡの各材料を、それぞれ、再利用可能に回収する方法を提供する。
【解決手段】
前記太陽電池モジュールを１５乃至４０℃に予め加温したトルエン、ベンゼン、キシレンおよびそれらの混合物からなる群から選択される芳香族系有機溶媒に浸漬し、超音波の照射を開始して、前記シリコンセル、ＥＶＡ層およびガラスのそれぞれを分離する。
【選択図】なし

Description

本発明は、シリコン系太陽電池モジュールのリサイクルに関する。特に、封止材として使用されているＥＶＡとシリコンセルおよびガラスを完全に分離し、それぞれの材料を、二次的廃棄物の発生を低減しつつ、リサイクルする方法に関する。

太陽電池が公共および一般住宅向けに導入されてから既に２０年以上が経過している。いっぽう、太陽電池の寿命はおよそ１５〜２０年とされており、したがって、今後急速に使用済み太陽電池モジュールが廃棄されることが予想される。また、高品質の太陽電池モジュールの生産には依然として高度の技術が要求され、一般的に、国内の工場では生産されたモジュールの約２割程度が規格外品として廃棄されているのが現状である。

しかしながら、太陽電池モジュールの材料、とりわけ該モジュールに使用されるシリコンや強化ガラスは非常に高価な材料であるにも関わらず、それらの廃棄物はガラスリサイクルと同様に扱われており、結局、当該廃棄物のスラグは埋め立てなどに利用されているに過ぎないのが現状である。

このような現状をうけて、ＮＥＤＯ（独立行政法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構）も、エネルギーイノベーションプログラム・環境安心イノベーションプログラムに「太陽光発電システム次世代高性能技術の開発」の研究開発項目を設け、その共通基盤技術として太陽電池モジュールのリサイクル・リユース技術の開発を目指している。

これまでにも、いくつかの太陽電池モジュールのリサイクル技術が提案されてきたが、そのいずれにおいても、その要となる技術は、太陽電池モジュールのガラスとシリコンセルを強固に接着している封止材のＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂）を効率的に分離させることに関連している。

特許文献１は、当該ＥＶＡに界面活性剤を含む硝酸を作用させてＥＶＡをシリコンセルおよびガラスから分離する方法を開示している。しかしながら、当該文献記載の方法によっても、ＥＶＡを分離するためには少なくとも１日以上太陽電池モジュールを当該硝酸液に浸漬しなければならないとされている（特許文献１の段落［００２８］）。また、そのようにしてＥＶＡを分離した後にも、シリコンセルの表面には変質ＥＶＡからなる白色の不純物質が強固に付着しており、トルエンやエチルセルソルブ等の有機溶媒の使用は、そのような変質ＥＶＡの除去のためにのみ意図されている（特許文献１の段落［００２９］〜［００３１］）。

特許文献２は、ＥＶＡを除去するために太陽電池モジュールを予め酸溶液、アルカリ溶液または有機溶剤溶液で処理し、その後、ＥＶＡを燃焼させて除去することを提案している。つまり、酸溶液、アルカリ溶液、有機溶剤溶液での前処理はＥＶＡの基本構造であるエチレンユニットと酢酸ビニルユニットの主鎖の断裂を促進し、そのため、引き続くＥＶＡの熱分解処理を促進すると予想されている（特許文献２の段落［０００９］）。しかしながら、特許文献２には有機溶剤溶液による処理についての具体的な記載がない。また、上記のＥＶＡの熱分解処理のためには、低くても４２０℃までもの加熱が必要とされる（特許文献２の段落［００１４］）。

特許文献３は、ＥＶＡ（封止材）と太陽電池素子の間に低温で熱分解する緩衝材を設けた特殊な構造の太陽電池モジュールとすることで、それを解体する際には予め低温で熱処理して当該緩衝材だけを熱分解することを開示している（特許文献３の段落［００５８］）。その後、ＥＶＡは、リモネン、キシレン、トルエンなどの有機溶媒により太陽電池モジュールのその他の部材から分離されるが、それでも１乃至２時間程度で処理を完了するにはそれらの有機溶媒を８０〜１００℃に加熱する必要がある（特許文献３の段落［００８２］等）。

特許文献４は、アルカリを溶解した有機溶剤に浸漬して過熱することで太陽電池モジュールからＥＶＡを分離することを開示するが、そこで用いられている有機溶剤はＮ−メチル−２−ピロリドン等とアルコールの混液であり（特許文献４の段落［００２２］等）、芳香族系有機溶媒への言及はない。

非特許文献１は非架橋ＥＶＡの各種有機溶媒に対する溶解性試験結果を記載している。また、該文献は、架橋後のＥＶＡにつき、アルミ板−架橋ＥＶＡ−アルミフォイル・サンドウィッチ構造体(以下、アルミニウム−架橋ＥＶＡ構造体という。）を作製し、そこからの架橋ＥＶＡの分離に対する各種有機溶媒の効果についても記載している。つまり、該文献には、上記の非架橋ＥＶＡおよびアルミニウム−架橋ＥＶＡ構造体を各種の有機溶媒中で室温下２日間放置した後に、そのまま８０℃で１０分間加熱した際の各種有機溶媒の効果が記されており、その結果、トルエンによる処理では非架橋ＥＶＡが溶解はするものの、架橋ＥＶＡについては単に膨潤しかせず、アルミニウム−架橋ＥＶＡ構造体は分離しないことが示されている。これに対してトリクロロエタンにより処理した場合にのみアルミニウム−架橋ＥＶＡ構造体から架橋ＥＶＡが分離できたとされる（非特許文献１、第３９９頁の下から１３行〜最下行および第４００頁のＴａｂｌｅ２）。

そして、いずれの文献も、ＥＶＡをも再利用のために分離することを意図していない。

特開２００４−４２０３３号公報 特開２００５−３１１１７８号公報 特開２００７−１８００６３号公報 特開２００９−２１４０５８号公報

Ｔａｋｕｙａ Ｄｏｉ等、Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ＆ Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌｓ誌、６７巻、第３９７−４０３頁（２００１年発行）

上記のとおり、太陽電池モジュールのリサイクルにおいては、シリコンセルとガラスに強固に接着している封止材のＥＶＡを分離するために多大な労力が必要とされていた。しかし、いかに太陽電池モジュールのシリコンセルや強化ガラスが高価なものといえども、それらからＥＶＡを分離するために多くのコストや時間を費やしたのでは、太陽電池モジュールのリサイクル・スキームの実用化は困難である。更に、ＥＶＡを除去するための酸、アルカリ或いは有機溶媒自体や、それらの溶剤処理により生じる変質ＥＶＡ含有溶剤廃液といった二次的廃棄物の発生を極力抑えて、環境に対する負荷を低減することが望ましい。また、シリコンセルやガラス材料だけでなくＥＶＡをも簡便に回収できる方法の有用性については、説明するまでもない。

したがって、本発明は、迅速且つ簡便に太陽電池モジュールを解体し、そこからシリコンセル、ガラスおよびＥＶＡの各材料をそれぞれ再利用可能に回収する方法を提供する。その方法においてはＥＶＡも効率よく回収・再利用できるため、二次的廃棄物の発生等の環境負荷を極小にすることが可能である。

すなわち、本発明の第１は、
（１）シリコンセルと該シリコンセルに接着されたＥＶＡ層と該ＥＶＡ層に接着されたガラスを含む太陽電池モジュールの前記各材料の再利用のための回収方法であって、以下の工程：
（ａ） 前記太陽電池モジュールを予め１５乃至４０℃に加温したトルエン、ベンゼン、キシレンおよびそれらの混合物からなる群から選択される芳香族系有機溶媒に浸漬し、該芳香族系有機溶媒中で前記太陽電池モジュールに超音波を照射して前記シリコンセル、ＥＶＡ層およびガラスのそれぞれを分離する工程；および
（ｂ） 前記（ａ）の芳香族系有機溶媒中で分離されたシリコンセル、ＥＶＡおよびガラスのそれぞれを該有機溶媒から回収する工程；
を含むことを特徴とする、前記方法である。

より詳細には、前記のとおり従来技術においてもキシレンやトルエン等の芳香族系有機溶媒を用いてＥＶＡを分離する方法は知られていたが、数時間程度の短時間で当該処理を完了するには有機溶媒を８０〜１００℃に加熱する必要があった（たとえば、特許文献３）。しかし、そのような過度の加熱工程には多大なエネルギーが必要となるし、作業環境の安全性を確保するための設備の整備も必要となる。また、とりわけ、ＥＶＡの分離を促進するために有機溶媒を加熱することにより実質的な量のＥＶＡが当該溶媒に溶出してしまい、ＥＶＡの効率的な回収や、有機溶媒の再利用も制限される。

しかして、本発明者等は、芳香族系有機溶媒に浸漬した状態で太陽電池モジュールに超音波を照射することにより、シリコンセルおよびガラスとＥＶＡが完全且つ速やかに分離できることを見出した。具体的に、本発明の方法では、太陽電池モジュールを１５乃至４０℃程度の芳香族系有機溶媒に浸漬した後、直ちに超音波照射を開始してシリコンセル、ＥＶＡ層およびガラスを分離することが可能である。

加えて、当該処理条件下では、超音波による振動と相俟って、ＥＶＡの芳香族系有機溶媒への溶解というよりはむしろＥＶＡ層のシリコンセルやガラスからの剥離現象が先行して、当該ＥＶＡの大部分が依然として固体の状態に留とどまり、よって、当該ＥＶＡを極めて容易に芳香族系有機溶媒から回収できた。或いは、仮に若干量のＥＶＡが溶媒に溶解したとしても、本発明の処理条件と芳香族系有機溶媒に対するＥＶＡの比較的小さな溶解度から、当該溶解したＥＶＡが速やかに本発明の芳香族系有機溶媒から析出することで、溶解したＥＶＡも含めた効率的な回収が達成されるのかもしれない。

本発明の好適な態様には以下の本発明の第２、すなわち、
（２）前記工程（ａ）における芳香族系有機溶媒を予め加温する温度が３０乃至４０℃である、上記（１）に記載の方法、が挙げられる。
前記のとおりに、本発明は、超音波による極めて顕著な分離作用が見出され、以ってその効果を利用するものであるから、有機溶媒を予め過度に加熱してから処理を開始することは不必要である。仮にそのような予備的加温が必要な場合であっても、好ましくは約２５乃至４０℃、より好ましくは約３０乃至４０℃に加温或いは調温しておく程度で足りる。

更なる本発明の好適な態様は、以下の本発明の第３、つまり、
（３）前記工程（ａ）における芳香族系有機溶媒がトルエンである、上記（１）または（２）の方法、を含む。
本発明の観点からは本発明の芳香族系有機溶媒としてベンゼンやキシレンも用いることができ、特にＥＶＡの分離に要する時間が短いという点ではベンゼンが適しているが、我が国ではその使用制限のために多量のベンゼンの入手が困難である。また、キシレンも、取り扱いや作業環境への配慮の点からその使用には一定の制限がある。いっぽう、トルエンは比較的容易に利用可能であるため、経済性に優れている。

また、本発明の第４は、
（４）前記工程（ａ）における太陽電池モジュールへの超音波照射時間が１乃至２時間である、上記（１）乃至（３）のいずれかの方法である。
後記の実施例に示されるように、本発明においては芳香族系有機溶媒と超音波の作用とが相俟って、約１乃至２時間程度の超音波処理のみで太陽電池モジュールからＥＶＡを完全に分離することが可能である。

更に、本発明の第５乃至７は、それぞれ、
（５）前記工程（ａ）が、超音波発生手段を備えた芳香族系有機溶媒収容槽内で行われる、上記（１）乃至（４）のいずれかの方法、
（６）前記芳香族系有機溶媒収容槽が、該有機溶媒を加温するための加温手段を有する、上記（５）の方法、および
（７）前記芳香族系有機溶媒収容槽が、太陽電池モジュールを保持するための網籠を有する、上記（５）または（６）の方法である。
上記の芳香族系有機溶媒収容槽の使用は本発明の方法を実施するにあたり有利である。とりわけ、当該収容槽が太陽電池モジュールを保持するための網籠或いはそれに類する手段を有する場合は、複数の太陽電池モジュールを一緒に処理する際に便利なだけでなく、下記（１０）の理由により、分離したガラスを回収する際に有用である。

また、本発明の第８は、
（８）前記工程（ｂ）におけるシリコンセルの回収が、前記芳香族系有機溶媒の上面に浮遊したシリコンセルまたはその断片を該有機溶媒から分離することにより行われる、上記（１）乃至（７）のいずれかの方法である。
本発明の回収方法では、前記ＥＶＡのシリコンセルおよびガラスからの分離工程において、通常シリコンセルは割れて断片化されるが、当該シリコンセル断片は本発明の芳香族系有機溶媒よりも低比重なため、ＥＶＡとの分離が進むにつれて該有機溶媒の上面付近に浮遊してくる。よって、そのようにして浮遊してきたシリコンセルは極めて容易に有機溶媒から分離し得、新たなシリコンセルの原料として供給し得る。なお、ＥＶＡ等の状態によってはＥＶＡとシリコンセルが実質的に剥離してはいるものの、両者が軽く付着しあったままの状態で前記有機溶媒の下部に沈降する場合もあるが、その部分についても、例えば軽く手で押さえたり、あるいは篩いにかける程度の軽い物理的刺激を加えるだけで両者を完全に分離することができる。

また、本発明の第９は、
（９）前記工程（ｂ）におけるＥＶＡの回収が、前記芳香族系有機溶媒内に堆積したＥＶＡを該有機溶媒から分離することにより行われる、上記（１）乃至（８）のいずれかの方法である。
前記のとおり、本発明の回収方法では、分離したＥＶＡの大部分が固体断片の状態に留とどまり、或いは、仮に若干量のＥＶＡが本発明の芳香族系溶媒に溶解したのに近い状態となったとしても、本発明の温和な処理条件と芳香族系有機溶媒に対するＥＶＡの比較的小さな溶解度から、当該溶解したＥＶＡも速やかに析出すると考えられる。また、そのような分離ＥＶＡは本発明の芳香族系有機溶媒よりも高比重なため、当該ＥＶＡの分離が進むにつれて該有機溶媒内に堆積してくる。よって、当該堆積した分離ＥＶＡは、その堆積物として容易に分離・回収が可能である。言うなれば、上記本発明の第８および第９とは、本発明における芳香族系有機溶媒使用の特筆すべきもう１つの利点につき、当該溶媒がシリコンセルよりは大きいが架橋ＥＶＡよりは小さな比重を有することで、シリコンセルとＥＶＡ断片とをそれぞれ当該溶媒の表面近傍と底部とに自然に分離させ、よってそれらを極めて容易に分別回収できるということなのである。

更に、本発明の第１０は、
（１０）前記工程（ｂ）におけるガラスの回収が、前記芳香族系有機溶媒収容槽内の網籠の底部に沈積したガラスを該有機溶媒から分離することにより行われる、上記（７）の方法である。
本発明の回収方法では、通常ガラスについても前記ＥＶＡのシリコンセルおよびガラスからの分離工程において割れて断片化されるが、その断片は依然として比較的大きなままであり、特に通常は前記の分離ＥＶＡ断片よりも有意に大きなために、上記芳香族系有機溶媒収容槽内の網籠の底部には当該ガラスの断片が沈積し、いっぽう分離ＥＶＡ断片は当該網籠の網の目をすり抜けて、芳香族系有機溶媒収容槽内の、前記網籠よりも下側に堆積する。よって、ガラスを回収するには当該収容槽内の網籠の底部に沈積したものを分離するのが有利である。

したがって、本発明の第１１および１２は、それぞれ、
（１１）シリコンセルと該シリコンセルに接着されたＥＶＡ層と該ＥＶＡ層に接着されたガラスを含む太陽電池モジュールの前記各材料の再利用のための回収方法に用いる芳香族系有機溶媒収容槽であって、該収容槽は、超音波発生手段、太陽電池モジュールを保持するための網籠、および該太陽電池モジュールを保持するための網籠の底面より下方の前記収容槽の下側部に設けられ且つ該収容槽の下側部に堆積したＥＶＡを取り出すためのドレインを有することを特徴とする、前記収容槽、および
（１２）有機溶媒を加温するための加温手段を更に有する、上記（１１）の芳香族系有機溶媒収容槽である。
当該収容槽は本発明の芳香族系有機溶媒を収容するものであり、該溶媒中で太陽電池モジュールに超音波を照射するための超音波発生手段と、太陽電池モジュールを保持するための網籠と、場合により有機溶媒を４０℃程度まで加温するための加温手段を有する。特に、前記（１０）のとおり、太陽電池モジュールを保持するための網籠は、太陽電池モジュールから分離したガラスの断片を回収する際にも有用である。

また、前記（９）のとおり、本発明の方法により分離したＥＶＡは本発明の芳香族系有機溶媒よりも高比重なため、それの分離が進むにつれて該有機溶媒内に堆積してくるから、上記の芳香族系有機溶媒収容槽の下側部に設けられたドレインは堆積したＥＶＡを取り出すために有利である。

本発明によれば、極めて迅速且つ簡便に太陽電池モジュールを解体し、そこからシリコンセル、ガラスおよびＥＶＡの各材料のそれぞれを再利用可能に回収することが可能となる。その方法においてはＥＶＡも簡便且つ効率よく回収・再利用できるため、いっそうの経済性に優れ、また、二次的廃棄物の発生等の環境負荷を極小にすることが可能である。

本発明の回収方法に供される太陽電池モジュールの一例を模式的に示す断面図である。 本発明の回収方法における解体中の太陽電池モジュールの一例を模式的に示す断面図である。 本発明の回収方法に用いられる芳香族系有機溶媒収容槽の一例を模式的に示す断面図である。 本発明の回収方法に用いられる芳香族系有機溶媒収容槽の一例を模式的に示す断面図である。 本発明の回収方法に用いられる芳香族系有機溶媒収容槽の一例を模式的に示す断面図である。 本発明のシリコンセル、ＥＶＡおよびガラスの各材料の再利用のための回収方法の手順を模式的に示す図である。 本発明の方法の実施例（実施例１）において、槽体の底部に堆積したＥＶＡ断片をドレインから抜き取った直後の、当該ＥＶＡ断片の外観を示す図面代用写真である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の回収方法の対象となるシリコン系太陽電池モジュールの例を示す模式図である。当該太陽電池モジュール７は、シリコンセル１と該シリコンセルに接着されたＥＶＡ層２と該ＥＶＡ層２に接着されたガラス３を含み、ＥＶＡ層２はシリコンセル１の封止のために該シリコンセル１を取り囲んでいる。また、該太陽電池モジュール７のガラス３の反対側の面は、例えばポリエチレンテレフタレート樹脂等の樹脂フィルムからなる保護のためのバックシート４で覆われており、その上に端子ボックス５が配設されている。また、該太陽電池モジュール７はアルミ枠６により構造が保持されている。

上記の太陽電池モジュール７からシリコンセル、ＥＶＡおよびガラスの各材料を回収するためには、まずは手作業などにより端子ボックス５とアルミ枠６を取り外して解体する。ついで、バックシート４も機械的に（例えば加温したエアーを噴き付けながら）剥がすことができるが、後の処理の条件によってはバックシート４を剥がさなくてもよい。

図２は、上記のように解体した後の、シリコンセル１、ＥＶＡ層２およびガラス３から成る解体太陽電池モジュール８を示すが、当該解体太陽電池モジュール８は、好適には、図３に模式的に示した芳香族系有機溶媒収容槽９の中で、続くシリコンセル、ＥＶＡ層およびガラスの分離処理に付すことができる。

すなわち、図３に示した芳香族系有機溶媒収容槽９は、典型的には縦３０〜１００ｃｍ、横幅３０〜１００ｃｍ、深さ１０〜１００ｃｍ、好ましくは、縦３０〜５０ｃｍ、横幅３０〜５０ｃｍ、深さ１０〜２０ｃｍ程度の寸法の槽体１０を有する。勿論、当該槽体１０の寸法は、上記解体太陽電池モジュール８の大きさ等に応じてそれを収容可能な範囲に適宜設定すればよく、上記の例示以外の寸法であっても差し支えない。また、槽体１０は本発明の芳香族系有機溶媒１００を収容するためのものであるから、その材質は当該芳香族系有機溶媒１００により変質や浸食されないものであればいずれのものであってもよいが、通常はステンレスまたはアルミニウム製のものが用いられる。

本発明の芳香族系有機溶媒１００は、１〜２時間程度の比較的短時間の処理においてはＥＶＡを実質的に変質させることがないもので、そのような芳香族系有機溶媒１００は、好適には、トルエン、ベンゼンまたはキシレンから選択される。とりわけ、前述のとおり、入手および取扱い上の制約を考慮するとトルエンであることが好ましい。いっぽう、そのような有機溶媒としてＥＶＡを変性や溶解させる作用が大きなもの、例えばＮ−メチル−２−ピロリドン等を用いると、実質量のＥＶＡが当該有機溶媒に溶解してしまうためにＥＶＡの回収を困難にするだけでなく、当該有機溶媒の繰り返しの使用も制限されてしまうので本発明の有機溶媒としては適当でない。

本発明の芳香族系有機溶媒１００は市販のもの（例えば、日活合成株式会社（愛知県大府市）より入手可能なトルエン）を用いることができ、その純度は、一般的には約７５％以上で足り、好ましくは約９０％以上、より好ましくは９９％以上であるが、前記のとおり、本発明のシリコンセル、ＥＶＡ層およびガラスの分離処理においては、実質量のＥＶＡが変質したり当該有機溶媒に溶解したりもしないので、芳香族系有機溶媒１００は繰り返して使用することが可能である。

また、図３に示した芳香族系有機溶媒収容槽９は、処理すべき解体太陽電池モジュール８に対して超音波を照射するための超音波発生器１１を有している。

理論に拘束される訳ではないが、本発明の芳香族系有機溶媒による短時間の処理だけでは架橋ＥＶＡを実質的に溶解し得ないと見做されるものの、そこに超音波照射を併用すると、架橋ＥＶＡの分子運動自体を促進するか、あるいは、架橋ＥＶＡ層と他の部材（シリコンセル、ガラス）との間の局所的な分子間温度上昇作用などにより、ＥＶＡの芳香族系有機溶媒への溶解よりも先行した、架橋ＥＶＡ層のシリコンセルやガラスからのきわめて速やかな剥離を達成しているのかもしれない。

また、当該超音波照射の効果として特筆すべきは、特許文献１等の従来のＥＶＡ除去方法では変質したＥＶＡがシリコンセルに強固に付着し、それを取り除くための追加の工程さえ必要とされたのであるが、本発明の方法によればそのような変質ＥＶＡの付着物が残ることがなく、架橋ＥＶＡ層のシリコンセルからの完全な剥離が達成される。

具体的に、図３の態様では、槽体１０と超音波発生器１１が併せて超音波発生手段を構成しており、当該槽体１０と超音波発生器１１が結合した超音波発生手段としては市販の装置を使用することができる。例えば、株式会社アズワン製の「超音波洗浄器普及型 ＶＳ−３００Ｓ」などの装置を利用することができる。

また、図３に示した芳香族系有機溶媒収容槽９は、処理すべき解体太陽電池モジュール８を保持するための網籠１２を有している。つまり、解体太陽電池モジュール８を当該網籠１２の中に配置して、本発明のシリコンセル、ＥＶＡ層およびガラスの分離処理に付すことが作業手順上好都合であるが、該網籠１２は、それ以外にも後述のＥＶＡ層から分離したガラスの回収工程において大変有用である。具体的に、網籠１２は、例えば上記槽体１０の寸法が縦３０〜５０ｃｍ、横幅３０〜５０ｃｍ、深さ１０〜２０ｃｍである場合には、縦２５〜４５ｃｍ、横幅２５〜４５ｃｍ、深さ５〜１５ｃｍとすることができる。また、その材質も槽体１０と同じものとしてもよい。

本発明の網籠１２は、その目開きを約１ｍｍ〜８ｍｍとすることが好ましく、特に約３ｍｍ〜６ｍｍとすることがより好ましい。その理由は、本発明のシリコンセル、ＥＶＡおよびガラスの回収方法では、通常ＥＶＡのシリコンセルおよびガラスからの分離工程においてガラスが割れて断片化されるが、その断片は比較的大きなままであるから、本発明の網籠１２の目開きを上記の値としておけば、当該網籠１２の底部に上記断片化したガラスが沈積することで、当該ガラスを網籠１２の底部からきわめて効率的且つ簡便に回収できるからである。なお、網籠１２は、例えば太さ３ｍｍ程度のワイヤを編むことにより構成されたものであるのが好適であるが、当該網籠１２の上記使用目的や作用に基づけば、例えば少なくともその底部が前記の目開きと同程度の大きさの開孔を多数有するパンチングメタルにより構成された槽や、少なくともその底部が前記目開きと同程度の幅のスリットを多数有する槽とすることもできる。

なお、図３に示した芳香族系有機溶媒収容槽９は図示しない加温手段を有していてもよく、当該加温手段は槽体１０の一部または全周を取り囲む、例えばスチームジャケットや電熱ヒータであってよいが、必ずしもそのような加熱手段が必須というわけではない。つまり、本発明のシリコンセル、ＥＶＡおよびガラスの回収方法における好適な態様では、予め本発明の芳香族系有機溶媒１００を約３０〜４０℃にまで加温してから超音波照射を開始することでＥＶＡ層のシリコンセルおよびガラスからの分離が促進されて、約１〜２時間以内で当該分離処理を完了させることができるものの、他方、本発明のシリコンセル、ＥＶＡ層およびガラスの分離処理は、それにより分離したＥＶＡをも再利用することを意図したものでもあるから、架橋ＥＶＡの過度の変質・溶解のもととなる高温への長時間（例えば３時間を越えるような）の暴露は避けるべきであるので、上記芳香族系有機溶媒１００を極端な高温にまで加熱して維持するための特別な手段までは要求されない。むしろ、仮に多少加温するほうが有利な場合でも、芳香族系有機溶媒１００を槽体１０に注入する前に、その溶媒を別途用意した保温器などで３０〜４０℃にまで加温しておくことで足りる場合が多いし、或いは、超音波照射時の条件等しだいでは当該処理の終了にいたるまで（約１〜２時間後）に芳香族系有機溶媒１００の温度が徐々に自然上昇して約６０℃程度になる場合もあるため、上記の加温手段を用いる必要や前記の予備加温の必要さえない場合もある。

図４は、本発明の芳香族系有機溶媒収容槽の別の好適な態様を示す模式図である。なお、比較が容易になるように図４において図３と対応する部材は同じ符号で示してある。図４の芳香族系有機溶媒収容槽２０には、槽体１０、超音波発生器１１、および網籠１２が設けられている点は図３の芳香族系有機溶媒収容槽９と同様であるが、更に、堆積した分離ＥＶＡを取り出すためのドレイン２１が槽体１０の底部に、網籠１２の底面より下方に位置するように設けられている。すなわち、本発明の回収方法では、上記の芳香族系有機溶媒１００内での超音波照射処理により、シリコンセルおよびガラスから剥離されて分離したＥＶＡ層も当該ＥＶＡの固体断片（或いは、若干量のＥＶＡが本発明の芳香族系溶媒に溶解したのに近い状態となったとしても、本発明の温和な加熱条件と芳香族系有機溶媒に対するＥＶＡの比較的小さな溶解度から、当該溶解したＥＶＡも速やかに固体断片として析出する）となり、また、そのような分離ＥＶＡは本発明の芳香族系有機溶媒１００よりも高比重なために、その分離が進むにつれて前記有機溶媒内に、例えば図４のＥＶＡ堆積層２２のようなかたちで堆積してくる。したがって、本発明の方法により当該ＥＶＡを回収するには、ＥＶＡ堆積層２２に対応する位置に設けたドレイン２１から当該堆積層を排出し、当該排出物を分離ＥＶＡピット２３に導いて、その後ＥＶＡを、一緒に排出された芳香族系溶媒１００から分離すればよい。

また、図４に示したように、ドレイン２１を網籠１２の底面より下方に位置するように設けることが好適な理由は、本発明のシリコンセル、ＥＶＡおよびガラスの回収方法では通常ガラスも割れて断片化されるが、その断片は比較的大きなままであるから、本発明の網籠１２の目開きを適切な値としておけば当該網籠１２の底部に上記断片化したガラスが沈積するところ、他方、前記のＥＶＡの固体断片はガラスの断片よりも細かなものであるから、網籠１２の網目をすり抜けて前記網籠１２よりも下側のＥＶＡ堆積層２２（図４の槽体１0の底部）に堆積させることができるので、それによりドレイン２１からはガラスの断片を含まない分離ＥＶＡを容易に回収できるからである。

図５は、多数の太陽電池モジュールを処理するのに適した本発明の芳香族系有機溶媒収容槽の別の好適な態様を示す模式図である。なお、比較が容易になるように図５において図３と対応する部材は同じ符号で示してある。図５の芳香族系有機溶媒収容槽３０には、槽体１０、超音波発生器１１、および網籠１２が設けられている点は図３の芳香族系有機溶媒収容槽９と同様であるが、図５では網籠１２の中に間仕切り３１が設けられ、当該間仕切り３１の間に解体太陽電池モジュール８を立てかけて収容できるようになっている。当該間仕切りは、好ましくはハニカム構造の板で構成され、その材質は芳香族系有機溶媒収容槽３０のその他の部材と同じ材質、例えばステンレスやアルミニウムとすることができる。

ついで、本発明のシリコンセル、ＥＶＡおよびガラスの各材料の再利用のための回収方法の手順を、図６の模式図に従って説明する。なお、図６の芳香族系有機溶媒収容槽は図４に模式的に示した芳香族系有機溶媒収容槽２０と同じものである。

前記のとおり、太陽電池モジュール７から、手作業により端子ボックス５とアルミ枠６を取り外して解体する（図１参照）。バックシート４は剥がしても剥がさなくてもよい。得られた解体太陽電池モジュール８を、芳香族系有機溶媒収容槽２０の中の網籠１２に配置する。

つぎに、芳香族系有機溶媒収容槽２０の槽体１０の中にトルエン（芳香族系有機溶媒１００）を、前記解体太陽電池モジュール８が十分に浸漬するように注入する。そして超音波発生器１１を作動させて網籠１２の中の解体太陽電池モジュール８に超音波を照射する。照射時間は、解体太陽電池モジュール８の大きさなどにもよるが、通常は約１〜２時間程度である。なお、より確実な分離のためには照射時間を約２．５時間程度としてもよく、その程度であってもＥＶＡの過度の変性や溶解が問題とならない。

上記の超音波照射後、ＥＶＡ層はシリコンセルおよびガラスから実質的に剥離し、シリコンセル等の表面に変性したＥＶＡが残存することはない。また、分離したシリコンセルは上記の工程によりその一部乃至全てが断片化されるが、当該シリコンセルの断片は本発明の芳香族系有機溶媒１００よりも低比重なため、網籠１２の上部の有機溶媒の液面付近に分離シリコンセル４１として浮遊してくる。よって、そのようにして浮遊してきた分離シリコンセル４１をすくい取ることなどにより、シリコンセル断片を容易に回収することができる。

いっぽう、上記の超音波照射後、ＥＶＡ層もＥＶＡの固体断片（或いは、若干量のＥＶＡが本発明の芳香族系溶媒に溶解したのに近い状態となったとしても、本発明の温和な加熱条件と芳香族系有機溶媒に対するＥＶＡの比較的小さな溶解度から、当該溶解したＥＶＡも速やかに固体断片として析出する）となり、それは芳香族系有機溶媒１００よりも高比重なために該有機溶媒中に堆積する。更に、当該ＥＶＡ断片は大きさが小さいため、網籠１２の網目を通過してＥＶＡ堆積層２２のようなかたちで槽体１０の底部に堆積してくる。したがって、ＥＶＡ断片はＥＶＡ堆積層２２の位置に対応するように設けたドレイン２１から、ガラスの断片を含まないものとして容易に排出できる。ドレイン２１からの排出物は分離ＥＶＡピット２３に導いて、その後、ＥＶＡを、一緒に排出された芳香族系溶媒１００（トルエン）から分離すればよく、また、分離したトルエンのほうは、再度、上記の分離工程に再利用できる。

また、上記の超音波照射後、ガラスもカレット状の断片として芳香族系有機溶媒１００の中に沈降するが、当該ガラス断片は大きなものであるために適切な大きさの目開きを有する網籠１２の底部に分離ガラス層４２として沈積するから、該ガラスのカレット状断片は、網籠１２を芳香族系有機溶媒収容槽２０から引き上げることで、容易に回収することができる。

しかして、本発明においては、上記のようにしてシリコンセル、ＥＶＡ層およびガラスをきわめて短時間で効率的に分別して回収することが可能である。その後、回収したシリコンセルは太陽電池の原料として再利用でき、或いは鉄鋼製造時の脱酸素材原料として用いることができる。また、回収したＥＶＡは接着剤の原料などとして利用することができ、回収したガラスは新たなガラスの原料として再利用できる。

つまり、現状では、単なるガラスのリサイクルと同様に扱われ、結局は埋め立てなどにしか利用されているに過ぎない太陽電池モジュール廃棄物が、その各主要原料の全てがリサイクル可能なように回収され、また、その工程はきわめて効率的且つ簡略であるため、実用的な太陽電池リサイクル・スキームが実現され得る。

以下に、実施例および比較例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

実施例１
本実施例は、以下の装置、試料及び試薬を用いて実施した。
１．芳香族系有機溶媒収容槽
芳香族系有機溶媒収容槽の槽体と超音波発生手段が結合した装置として、株式会社アズワンより市販されている「超音波洗浄器普及型 ＶＳ−３００Ｓ」を用いた。当該装置の槽体部分は、縦幅が３０ｃｍ、横幅が４３ｃｍおよび深さが１４ｃｍであった。また、その槽体の一側面の下端部中央に、直径が２ｃｍで長さが１５ｃｍの筒状のドレインを設けて、当該槽体の底部に堆積したＥＶＡを抜き取ることができるように改造した。更に、当該槽体中に、縦幅が２５ｃｍ、横幅が３５ｃｍおよび深さが１０ｃｍのステンレス製網籠（目開き、約５ｍｍ）を、前記槽体一側面に設けたドレインの開口部より上方に該網籠の底面が位置するように設置した。
２．試料
本実施例の試料としては、廃棄された太陽電池モジュール（京セラ株式会社製）から手作業により端子ボックスとアルミ枠を取り外して解体したものを用いた。なお、バックシートは剥がさなかった。当該解体太陽電池モジュール（バックシートを含む）には、平均的な値としてシリコンセルが約０.７重量％、ＥＶＡが約１５重量％、およびガラスが約８２重量％含まれているとされていた。
３．試薬
本実施例では、本発明の芳香族有機溶媒として、トルエン（純度９９％、日活合成株式会社製）を用いた。
４．処理方法
上記の槽体に約２０Ｌのトルエンを注いだ。その際のトルエンは特に加温せず、室温（約１５℃）程度の温度であった。
また、本実施例においては、上記解体太陽電池モジュールを縦幅・横幅がともに約５ｃｍになるように予め切断して、その切断片１５枚を上記の網籠内に、各々の切断片が互いに接触しないように該網籠の底面の網目に釘を刺すことで間仕切りし、該切断片が起立するように収容した。なお、その際の切断片１枚当りの重さは平均で約２５ｇ前後であった。
上記のようにして解体太陽電池モジュールをトルエンに浸漬した後、直ちに超音波発生器を作動させて、超音波を解体太陽電池モジュールに照射した。
５．結果
上記のようにして超音波を１．５時間照射した後では、解体太陽電池モジュールのシリコンセル、ＥＶＡ、ガラスが完全に分離していた。すなわち当該処理の終了時には全てのシリコンセルが分離して槽体内のトルエンの液面付近に浮遊していた。また、ガラスもカレット状に断片化して網籠の底部に沈積していた。更にＥＶＡも細かく断片化して網籠の網目を通過し、槽体の底部に堆積していた。
したがって、シリコンセルはトルエンの液面付近からすくいとって、約２．５ｇを回収することができた。また、ガラスは網籠の底部に沈積したものを集めて、約３０５ｇを回収できた。
更に、ＥＶＡは上記のドレインを通して抜き取ったが、当該抜き取りの際にはトルエンも混在するためにＥＶＡの外観がアメーバ状を呈していた。そこでＥＶＡとトルエンをあらかた分離するために濾紙を用いて濾過するとＥＶＡの外観もしっかりとした固形状となった。その状態でのＥＶＡの回収量は約６０ｇであり、当該ＥＶＡには濾過で除去し切れていないトルエンも含まれていたが、接着剤の原料などとして利用するためにはその程度トルエンを分離すれば十分であった。

比較例１
上記実施例１と同じ芳香族系有機溶媒収容槽および試料を用いた。試薬は、上記実施例１のトルエンに代えて、特許文献１の段落［００３５］に記載の、界面活性剤（ＣＭＰ−ＭＯ２；関東化学製）を５％添加した硝酸溶液とした。実施例１と同じ条件で超音波を１．５時間照射したが、ガラスにひびが入りはしたものの、解体太陽電池モジュールのシリコンセル、ＥＶＡ、ガラスがいっさい分離することはなかった。

比較例２
上記実施例１と同じ芳香族系有機溶媒収容槽および試料を用いた。試薬は、上記実施例１のトルエンに代えて、特許文献１の段落［００３５］（「実施例５」）に記載のエチルセロソルブとした。実施例１と同じ条件で超音波を１．５時間照射したが、ガラスにひびが入りはしたものの、解体太陽電池モジュールのシリコンセル、ＥＶＡ、ガラスが分離する傾向さえも観察されなかった。
以上の結果から、たとえ超音波処理を施すことによっても、本発明の芳香族系有機溶媒以外のものでは、シリコンセル、ＥＶＡ、ガラスを分離できないことがわかった。

実施例２
本実施例では、上記実施例１の繰り返し実施の可能性を検討した。すなわち、上記実施例１の終了後、ＥＶＡとともにドレインから抜き出されたトルエンに相当する分量の新しいトルエンを継ぎ足し、実施例１と同様の処理を新たな試料について繰り返した。２回目以降の処理においても、実施例１と同様に、解体太陽電池モジュールのシリコンセル、ＥＶＡ、ガラスを迅速且つ簡便に分離できることが確認された。

本発明の太陽電池モジュールの再利用のための回収方法によれば、従来、完全なリサイクルが不可能であった太陽電池モジュールやパネルから、素材毎の再利用が可能となる。ととえば、シリコンは、太陽電池などの原料メーカーでの原料として、ガラスはガラスメーカーへの原料として、さらにＥＶＡは接着材料の原料として、それらの産業で利用することができる。

１ シリコンセル
２ ＥＶＡ層
３ ガラス
４ バックシート
５ 端子ボックス
６ アルミ枠
７ 太陽電池モジュール
８ 解体中の太陽電池モジュール
９、２０、３０ 芳香族系有機溶媒収容槽
１０ 槽体
１１ 超音波発生器
１２ 網籠
２１ ドレイン
２２ ＥＶＡ堆積層
２３ 分離ＥＶＡピット
３１ 間仕切り
４１ 分離シリコンセル
４２ 分離ガラス層
１００ 芳香族系有機溶媒

Claims (12)

1. シリコンセルと該シリコンセルに接着されたＥＶＡ層と該ＥＶＡ層に接着されたガラスを含む太陽電池モジュールの前記各材料の再利用のための回収方法であって、以下の工程：
   （ａ） 前記太陽電池モジュールを予め１５乃至４０℃に加温したトルエン、ベンゼン、キシレンおよびそれらの混合物からなる群から選択される芳香族系有機溶媒に浸漬し、該芳香族系有機溶媒中で前記太陽電池モジュールに超音波を照射して前記シリコンセル、ＥＶＡ層およびガラスのそれぞれを分離する工程；および
   （ｂ） 前記（ａ）の芳香族系有機溶媒中で分離されたシリコンセル、ＥＶＡおよびガラスのそれぞれを該有機溶媒から回収する工程；
   を含むことを特徴とする、前記方法。
2. 前記工程（ａ）における芳香族系有機溶媒を予め加温する温度が３０乃至４０℃である、請求項１に記載の方法。
3. 前記工程（ａ）における芳香族系有機溶媒がトルエンである、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記工程（ａ）における太陽電池モジュールへの超音波照射時間が１乃至２時間である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記工程（ａ）が、超音波発生手段を備えた芳香族系有機溶媒収容槽内で行われる、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記芳香族系有機溶媒収容槽が、該有機溶媒を加温するための加温手段を有する、請求項５に記載の方法。
7. 前記芳香族系有機溶媒収容槽が、太陽電池モジュールを保持するための網籠を有する、請求項５または６に記載の方法。
8. 前記工程（ｂ）におけるシリコンセルの回収が、前記芳香族系有機溶媒の上面に浮遊したシリコンセルまたはその断片を該有機溶媒から分離することにより行われる、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記工程（ｂ）におけるＥＶＡの回収が、前記芳香族系有機溶媒内に堆積したＥＶＡを該有機溶媒から分離することにより行われる、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記工程（ｂ）におけるガラスの回収が、前記芳香族系有機溶媒収容槽内の網籠の底部に沈積したガラスを該有機溶媒から分離することにより行われる、請求項７に記載の方法。
11. シリコンセルと該シリコンセルに接着されたＥＶＡ層と該ＥＶＡ層に接着されたガラスを含む太陽電池モジュールの前記各材料の再利用のための回収方法に用いる芳香族系有機溶媒収容槽であって、該収容槽は、超音波発生手段、太陽電池モジュールを保持するための網籠、および該太陽電池モジュールを保持するための網籠の底面より下方の前記収容槽の下側部に設けられ且つ該収容槽の下側部に堆積したＥＶＡを取り出すためのドレインを有することを特徴とする、前記収容槽。
12. 有機溶媒を加温するための加温手段を更に有する、請求項１１に記載の芳香族系有機溶媒収容槽。

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