KR101092259B1 - 태양전지 폐 셀에서의 실리콘 회수 방법 - Google Patents
태양전지 폐 셀에서의 실리콘 회수 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101092259B1 KR101092259B1 KR1020090126570A KR20090126570A KR101092259B1 KR 101092259 B1 KR101092259 B1 KR 101092259B1 KR 1020090126570 A KR1020090126570 A KR 1020090126570A KR 20090126570 A KR20090126570 A KR 20090126570A KR 101092259 B1 KR101092259 B1 KR 101092259B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- silicon
- solar cell
- cell
- mixed
- mixed acid
- Prior art date
Links
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 95
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 95
- 239000002699 waste material Substances 0.000 title claims abstract description 55
- 238000004064 recycling Methods 0.000 title description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 94
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 73
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 62
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims abstract description 25
- 238000007654 immersion Methods 0.000 claims abstract description 22
- 239000006117 anti-reflective coating Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 3
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 claims description 28
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims description 15
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 7
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 claims 2
- -1 1) Chemical compound 0.000 claims 1
- 239000005341 toughened glass Substances 0.000 abstract description 8
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 abstract description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 5
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 abstract description 3
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 abstract description 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 95
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 17
- 239000010408 film Substances 0.000 description 17
- 229960002050 hydrofluoric acid Drugs 0.000 description 14
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 9
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 7
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 2
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 2
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006750 UV protection Effects 0.000 description 1
- XTXRWKRVRITETP-UHFFFAOYSA-N Vinyl acetate Chemical compound CC(=O)OC=C XTXRWKRVRITETP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920006266 Vinyl film Polymers 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 description 1
- DQXBYHZEEUGOBF-UHFFFAOYSA-N but-3-enoic acid;ethene Chemical compound C=C.OC(=O)CC=C DQXBYHZEEUGOBF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 210000003850 cellular structure Anatomy 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000011162 core material Substances 0.000 description 1
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000005038 ethylene vinyl acetate Substances 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 210000005265 lung cell Anatomy 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229920001200 poly(ethylene-vinyl acetate) Polymers 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000004078 waterproofing Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic System
- H01L31/182—Special manufacturing methods for polycrystalline Si, e.g. Si ribbon, poly Si ingots, thin films of polycrystalline Si
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/20—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof such devices or parts thereof comprising amorphous semiconductor materials
- H01L31/202—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof such devices or parts thereof comprising amorphous semiconductor materials including only elements of Group IV of the Periodic System
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/546—Polycrystalline silicon PV cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
- Y02W30/82—Recycling of waste of electrical or electronic equipment [WEEE]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
- Y02W30/84—Recycling of batteries or fuel cells
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
본 발명은 태양전지 폐 셀에서의 실리콘 회수 방법에 관한 것으로, 강화유리와 EVA(Ethylene vinyl accetate)가 제거된 태양전지 모듈의 태양전지 폐 셀에서 무반사 코트막 및 전극물질을 제거하여 순수한 실리콘을 회수하기 위하여,
1) 태양전지 폐 셀에서 최적의 실리콘 회수율을 얻을 수 있는 혼산용매의 조성과 이에 대한 태양전지 폐 셀의 침지시간을 결정하는 단계; 2) 상기 1)에서 결정한 조성에 따라 태양전지 폐 셀에서 무반사 코트막과 전극물질을 녹일 수 있는 혼산용매를 제조하는 단계; 3) 태양전지 폐 셀을 일정 무게로 절단하고 상기 1)에서 결정한 침지시간에 따라 상기 2)의 혼산용매에 침지시키는 단계; 4) 혼산용매에 침지된 태양전지 폐 셀의 무반사 코트막과 전극물질이 녹으면 순수한 실리콘을 남겨 회수하는 단계;를 포함하는 태양전지 폐 셀에서의 실리콘 회수 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 방법에 의하여 얻어진 순수한 실리콘은 실리콘 웨이퍼로 재활용 가능하며, 특히 태양전지에서 고가물질로 사용 중인 실리콘에 경제적으로 재사용할 수 있다.
태양전지 폐 셀, 강화유리, EVA, 혼산, 실리콘, 실리콘 회수율
Description
본 발명은 태양전지 폐 셀에서의 실리콘 회수 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 강화유리와 EVA(Ethylene vinyl accetate)가 제거된 태양전지 모듈의 태양전지 폐 셀에서 무반사 코트막 및 전극물질을 제거하여 순수한 실리콘을 회수하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 태양전지는 태양빛의 에너지를 전기에너지로 바꾸며, P형 반도체와 N형 반도체라고 하는 2종류의 반도체를 사용해 전기를 일으키는 장치로서, 비용이 적게 들고 공해를 일으키지 않고, 반영구적으로 사용할 수 있기 때문에 대체 에너지로서 각광받고 있는 신재생 에너지이다.
태양전지의 전기 발생 원리를 설명하면, 태양전지에 빛이 조사될 때 태양전지 내부에서 전자와 정공이 발생하고, 발생된 전하들은 P, N극으로 이동하여 P극과 N극 사이에 전위차가 발생하며, 이때 태양전지에 부하를 연결하면 전류가 흐르게 된다.
이러한 태양전지는 재료에 따라 실리콘 태양전지와 화합물 반도체 태양전지, 유기 태양전지 등으로 나눌 수 있는데, 기판의 종류, 실리콘 웨이퍼와 유리 등의 종류에 따라 벌크형과 박막형으로 분류된다.
상기 벌크형 실리콘 태양전지는 다시 실리콘의 종류에 따라 다결정과 단결정의 결정질 태양전지로 나뉜다.
최근 급성장하고 있는 전세계 태양광 시장의 90% 이상을 차지하면서 가장 널리 사용되고 있는 결정질 실리콘 태양전지의 제조방법을 살펴보면, 석영, 모래 등의 원재료를 정제하여 금속규소(순도 99%)를 만드는 단계와, 이를 다시 정련하여 태양전지용 폴리실리콘(순도 6N 이상)을 만드는 단계와, 이후 생산되어진 폴리실리콘을 정제하여 단결정 혹은 다결정 잉곳을 만드는 단계와, 이를 절단하여 실리콘 웨이퍼를 만든 후 PN접합과 전극을 형성하여 최종적으로 태양전지를 제조하는 단계로 이루어진다.
이렇게 제조된 단결정 태양전지는 다결정 태양전지에 비해 발전효율이 높은 반면 가격이 좀 비싼 단점이 있으나 흐리거나 비오는 날에도 발전 효율이 높아 장소를 가리지 않고 일정능력을 발휘할 수 있는 특징을 가진다.
그에 비해 다결정 태양전지는 단결정 태양전지에 비해 효율은 떨어지나 가공이 쉬워 대량 생산이 용이하여 저렴한 가격에 공급이 가능하고, 이러한 가격적 장점으로 인해 현재 가장 많이 보급되어 있다.
이에 현재 태양전지용 기판시장은 급격한 모듈 생산 증가로 실리콘 공급이 한계에 도달하고 있고, 실리콘 원료공급의 악화로 기판의 가격 상승이 예상되는 실정이다.
특히 태양전지의 구성요소에서 모듈이 차지하는 가격 비율은 전체의 60%이며 모듈 비용의 40%가 실리콘으로 제조된 기판(실리콘 웨이퍼)이 차지하고 있다.
이에 따라 실리콘 웨이퍼의 두께를 줄이거나 태양전지의 효율을 높이기 위한 노력과 더불어 태양전지의 재활용에 대한 관심이 높아지고 상황이다.
이에 태양전지 폐 셀로부터 순수한 실리콘 회수기반 기술개발을 확립함으로써 실리콘 공급부족 문제해결, 태양전지 제조원가 및 폐기물 처리비용의 절감을 위한 노력이 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 태양전지 모듈의 핵심소재인 실리콘을 회수하기 위한 최적의 조건을 찾아서 가장 효율적으로 실리콘을 회수하여 태양전지의 소재로 재활용할 수 있도록 하는 태양전지 폐 셀에서의 실리콘 회수 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 1) 태양전지 폐 셀에서 최적의 실리콘 회수율을 얻을 수 있는 혼산용매의 조성과 이에 대한 태양전지 폐 셀의 침지시간을 결정하는 단계; 2) 상기 1)에서 결정한 조성에 따라 태양전지 폐 셀에서 무반사 코트막과 전극물질을 녹일 수 있는 혼산용매를 제조하는 단계; 3) 태양전지 폐 셀을 일정 무게로 절단하고 상기 1)에서 결정한 침지시간에 따라 상기 2)의 혼산용매에 침지시키는 단계; 4) 혼산용매에 침지된 태양전지 폐 셀의 무반사 코트막과 전극물질이 녹으면 순수한 실리콘을 남겨 회수하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 폐 셀에서의 실리콘 회수 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 방법에 의하여 얻어진 순수한 실리콘은 실리콘 웨이퍼로 재활용 가능하며, 특히 태양전지에서 고가물질로 사용 중인 실리콘에 경제적으로 재 사용할 수 있다.
본 발명의 실시예로는 다수 개가 존재할 수 있으며, 설명에 있어서 종래의 기술과 동일한 부분에 대하여 중복되는 설명은 생략되는 것도 있다.
본 발명은 강화유리와 EVA(Ethylene vinyl acetate)가 제거된 태양전지 모듈의 태양전지 폐 셀을 실온에서 일정시간 동안 여러 종류의 혼산용매에 침지시킨 후 무반사 코트막과 전극물질이 제거된 실리콘을 회수하되, ICP(Inductively Coupled Plasma)분석법을 통하여 회수된 실리콘과 혼산 속에 녹아 있는 실리콘의 양을 분석하여 실리콘의 회수율을 산출하고, 산출된 실리콘 회수율을 이용하여 최적의 혼산용매 조건과 혼산 침지시간을 제공하여 효과적으로 실리콘을 회수할 수 있도록 한다.
이에 본 발명은 태양전지 폐 셀을 최적의 혼산용매에 침지시켜 무반사 코트막 및 전극물질을 제거한 후, 남은 순수한 실리콘을 회수하여 재활용할 수 있도록 한다.
첨부한 도 1은 일반적인 태양전지 모듈을 개략적으로 보여주는 구성도이다.
도시한 바와 같이, 태양전지 모듈은 양측 프레임(16)에 지지되어 강화유리(14), EVA(12), 셀(11), 백 시트(13)(back sheet), 단자함(15) 등으로 구성된다.
상기 강화유리(14)는 표면재로서 외부의 충격 등으로부터 셀(11)을 보호하는 역할을 한다.
상기 EVA(12)는 충진재의 역할을 하며, 에틸렌과 비닐 아세테이트의 공중합체로서 투명성, 완충성, 탄성, 인장강도가 아주 우수한 비닐 필름이다.
상기 셀(11)은 빛 에너지를 전기에너지로 변환시키는 역할을 하고, 다수 개의 셀(11)이 전도성 리본에 의해 직렬 또는 병렬로 연결된다.
상기 백 시트(13)는 방수, 절연 및 자외선 차단 등의 역할을 하며, PVF, 폴리에스터, 아크릴 등으로 이루어진다.
상기 프레임(16)은 알루미늄 등으로 이루어져 태양전지 모듈의 각 구성요소들을 지지한다.
그리고, 상기 단자함(15)은 태양전지 모듈의 접속 단자와 전력선의 접속부를 수납체 내부에 수납하여 접속부 보호 및 누전 방지 등을 목적으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다.
본 발명에 따른 실리콘 회수 방법은 혼산용매 침지법을 이용하는 것으로, 태양전지 폐 셀에서 회수된 순수한 실리콘의 회수율을 ICP 분석을 통해 산출하여 실리콘을 회수함에 있어서 최적의 혼산용매와 적정한 침지시간을 결정한 다음, 태양전지 폐 셀을 최적의 조성으로 이루어진 혼산용매에 적정 시간 동안 침지시켜 무반사 코트막 및 전극물질을 제거하고 순수한 실리콘을 회수한다.
본 발명에서 실리콘 회수를 위한 최적의 혼산용매를 제조하기 위하여 태양전지 폐 셀에서 무반사 코트막과 전극물질을 선택적으로 녹일 수 있는 질산(Nitric acid), 불산(Hydro fluoric acid), 황산(sulfuric acid), 초산(acetic acid) 등 4 가지의 산을 선택하여 사용한다.
혼산의 종류에 따른 실리콘 회수율을 살펴보기 위해 총 3가지의 조성으로 혼산용매를 제조한다.
제1혼산용매는 질산, 불산, 황산, 초산 등 4가지 산을 모두 혼합하여 제조하고, 제2혼산용매는 질산, 불산, 황산을 혼합하여 제조하며, 마지막으로 제3혼산용매는 질산, 불산, 초산을 혼합하여 제조한다.
각 혼산용매의 제조가 완료되면, 태양전지 폐 셀(이하, '폐 셀'이라고도 함)을 일정한 무게로 절단하여 세 종류의 혼산용매에 각각 침지시킨다.
이때, 상기 폐 셀은 각 혼산용매마다 각각 1시간에서 4시간까지 1시간의 차를 두고 침지하고, 이를 통해 폐 셀에서 무반사 코트막과 전극물질이 제거되는 시간과 실리콘을 최대로 회수할 수 있는 최적의 시간을 결정한다.
정해진 시간 동안 상온의 혼산용매에 침지된 폐 셀에서 무반사 코트막과 전극물질이 녹아 순수한 실리콘만 남게 되면 이를 회수하여 증류수로 겉표면에 묻어 있는 혼산용매를 모두 세척한다.
다음, 회수된 실리콘의 무게를 각각 측정하고, 무반사 코트막과 전극물질 그리고 혼산용매 침지시간에 따라 녹아들어간 실리콘이 포함된 혼산용매에 녹아있는 실리콘을 ICP 분석을 통하여 ppm 단위로 분석하여, 혼산용매에 넣었던 초기 실리콘의 양을 산출함으로써, 혼산용매에 함유된 산의 종류와 폐 셀의 침지시간에 따른 실리콘의 회수율을 비교 평가하여 폐 셀에서 순수한 실리콘을 최대로 회수하기 위한 최적의 혼산용매의 조성과 폐 셀의 침지시간을 결정한다.
본 발명에서는 최적의 혼산용매를 결정하기 위하여 제1혼산용매, 제2혼산용매 및 제3혼산용매 등 3종류로 혼산용매를 제조한 바, 4가지 산을 모두 사용한 제1혼산용매는 증류수 60 ~ 70 중량%, 질산 20 ~ 30 중량% 및 불산 5 ~ 10 중량%가 혼합되고, 상기 증류수, 질산 및 불산의 혼합용매 100 중량부에 대하여 황산 3 ~ 7 중량부 및 초산 3 ~ 7 중량부가 더 혼합된다.
다시 말해, 상기 제1혼산용매는 증류수 60 ~ 70 중량%, 질산 20 ~ 30 중량% 및 불산 5 ~ 10 중량%를 혼합한 혼합용매를 조성한 다음, 상기 증류수와 질산 및 불산을 혼합한 혼합용매 100 중량부에 대하여 황산 3 ~ 7 중량부와 초산 3 ~ 7 중량부를 추가로 혼합하여 조성된다.
그리고, 3가지 산으로 제조한 제2혼산용매와 제3혼산용매는 각각 초산 혹은 황산을 생략하고 제조한다.
즉, 제2혼산용매는 증류수 60 ~ 70 중량%, 질산 20 ~ 30 중량% 및 불산 5 ~ 10 중량%가 혼합되고, 상기 증류수, 질산 및 불산의 혼합용매 100 중량부에 대하여 황산 3 ~ 7 중량부를 더 혼합하여 제조하고, 제3혼산용매는 상기 증류수, 질산 및 불산의 혼합용매 100 중량부에 대하여 초산 3 ~ 7 중량부를 더 혼합하여 제조한다.
본 발명은 상기와 같은 과정을 통하여 강화유리(14)와 EVA(12)가 제거된 태양전지 모듈의 태양전지 폐 셀(11)로부터 순수한 실리콘 회수를 위한 최적의 방법을 제공한다.
이하, 본 발명을 하기 실시예와 비교예에 의하여 설명하고자 하나, 이에 의 해 본 발명의 청구범위가 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
증류수 70 중량%, 질산 20 중량%, 불산 10 중량%를 혼합하여 혼합용매를 제조하고, 이 혼합용매 100 중량부에 대하여 황산 5 중량부와 초산 5 중량부를 더 혼합하여 제1혼산용매를 제조하였다.
제조한 제1혼산용매에 0.3g으로 자른 폐 셀을 1시간 동안 실온에서 침지하였다.
침지시킨지 일정 시간이 경과하자 제1혼산용매에서 폐 셀이 거품을 내며 반응을 시작하였으며, 1시간 후 핀셋을 이용하여 제1혼산용매에 침지되어 있는 폐 셀, 즉 무반사 코트막과 전극물질이 녹아 제거된 순수한 실리콘을 꺼내어 증류수에 씻고 실온에서 말렸다.
회수한 실리콘의 표면에 증류수를 모두 말린 다음 무반사 코트막과 전극물질이 모두 제거되었는지 육안으로 확인하고 무게를 측정한다.
다음, 태양전지 폐 셀을 침지시켰던 제1혼산용매의 무게를 재고 ICP 분석을 마친 후, 회수된 실리콘의 무게와 제1혼산용매 속에 녹아있는 실리콘의 양을 이용하여 실리콘 회수율을 계산하였다.
실시예 2
제1혼산용매 내 폐 셀의 침지시간을 2시간으로 한 것을 제외하고는, 상기 실 시예 1과 동일한 방법으로 실리콘을 회수하였다.
실시예 3
제1혼산용매 내 폐 셀의 침지시간을 3시간으로 한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실리콘을 회수하였다.
실시예 4
제1혼산용매 내 폐 셀의 침지시간을 4시간으로 한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실리콘을 회수하였다.
비교예 1
증류수 70 중량%, 질산 20 중량%, 불산 10 중량%를 혼합하여 혼합용매를 제조하고, 이 혼합용매 100 중량부에 대하여 황산 5 중량부를 더 혼합하여 제2혼산용매를 제조하였다.
혼산용매로 상기 제조한 제2혼산용매를 이용한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 실리콘을 회수하였다.
비교예 2
제2혼산용매 내 폐 셀의 침지시간을 3시간으로 한 것을 제외하고는, 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 실리콘을 회수하였다.
비교예 3
제2혼산용매 내 폐 셀의 침지시간을 4시간으로 한 것을 제외하고는, 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 실리콘을 회수하였다.
비교예 4
증류수 70 중량%, 질산 20 중량%, 불산 10 중량%를 혼합하여 혼합용매를 제조하고, 이 혼합용매 100 중량부에 대하여 초산 5 중량부를 더 혼합하여 제3혼산용매를 제조하였다.
혼산용매로 상기 제조한 제3혼산용매를 이용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실리콘을 회수하였다.
비교예 5
제3혼산용매 내 폐 셀의 침지시간을 2시간으로 한 것을 제외하고는, 상기 비교예 4와 동일한 방법으로 실리콘을 회수하였다.
비교예 6
제3혼산용매 내 폐 셀의 침지시간을 3시간으로 한 것을 제외하고는, 상기 비교예 4와 동일한 방법으로 실리콘을 회수하였다.
비교예 7
제3혼산용매 내 폐 셀의 침지시간을 4시간으로 한 것을 제외하고는, 상기 비교예 4와 동일한 방법으로 실리콘을 회수하였다.
상기 실시예 1 ~ 4와 비교예 1 ~ 7에 대한 ICP 분석 결과는 표 1과 같고, 이 분석은 Jobin-Yvon Ultima-C Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometer(ICP-AES)에 의거한다.
상기 실시예 1 ~ 4에서는 무반사 코트막과 전극물질이 모두 제거된 순수한 실리콘을 얻었고, 표 2에 나타낸 바와 같이, 폐 셀을 제1혼산용매에 1시간 동안 침지한 실시예 1에서 가장 높은 실리콘 회수율을 보였음을 알 수 있다.
그리고, 폐 셀을 제1혼산용매에 2시간 동안 침지한 실시예 2에서도 40%의 비교적 우수한 실리콘 회수율을 보였다.
이에 태양전지 폐 셀을 혼산용매에 침지시키는 시간은 60 ~ 90 분 정도로 결정할 수 있다.
비교예 1의 경우 실시예 1과 유사한 높은 회수율을 보였으나, 무반사 코트막이 모두 제거되지 않아 표면에 불순물이 남아 있는 실리콘을 회수하였다.
비교예 2 내지 3에서는 무반사 코트막과 전극이 모두 제거된 순수한 실리콘을 얻었으나 실리콘 회수율이 급감하였고, 비교예 4 내지 7에서도 무반사 코트막과 전극이 모두 제거된 순수한 실리콘을 얻었으나 실시예 1과 같은 우수한 회수율을 얻지 못했다. 각 혼산용매와 침지시간에 따른 실리콘 회수율은 상기 표 2에 나타낸 바와 같다.
표 2의 결과에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실온에서 1시간 동안 제1혼산용매를 사용하여 실리콘을 회수할 경우 대략 60%의 높은 회수율로 무반사 코트막과 전극물질을 모두 제거한 순수한 실리콘을 얻을 수 있었다.
이와 같이 본 발명은 태양전지 폐 셀을 침지시켰던 혼산용매의 ICP 분석을 통해 혼산용매 속에 녹아있는 ppm 단위의 실리콘의 양과 회수된 실리콘의 양을 이용하여 각 혼산용매와 혼산 침지시간에 따른 실리콘 회수율을 비교 평가하여 최적의 실리콘 회수를 위한 혼산용매와 혼산 침지시간을 선택하게 되고, 실리콘의 회수율이 가장 우수한 최적 혼산용매의 조성에 따라 본 발명의 실리콘 회수를 위한 혼산용매를 혼합 조성하여 사용하게 된다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.
도 1은 일반적인 태양전지 모듈을 개략적으로 도시한 구성도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
11 : 태양전지 셀
12 : EVA
13 : 백시트
14 : 강화유리
15 : 단자함
16 : 프레임
Claims (5)
1) 태양전지 폐 셀에서 실리콘을 회수하기 위한 혼산용매의 조성과 이에 대한 태양전지 폐 셀의 침지시간을 결정하는 단계;
2) 상기 1)에서 결정한 조성에 따라 태양전지 폐 셀에서 무반사 코트막과 전극물질을 녹일 수 있는 혼산용매를 제조하는 단계;
3) 태양전지 폐 셀을 일정 무게로 절단하고 상기 1)에서 결정한 침지시간에 따라 상기 2)의 혼산용매에 침지시키는 단계;
4) 혼산용매에 침지된 태양전지 폐 셀의 무반사 코트막과 전극물질이 녹으면 순수한 실리콘을 남겨 회수하는 단계;
를 포함하며,
상기 1)은,
혼산용매에 태양전지 폐 셀을 침지시켜 회수한 실리콘의 무게를 측정하고, 상기 혼산용매의 ICP 분석을 통해 그 속에 녹아있는 실리콘 양을 분석하여, 실리콘 회수율을 산출하는 단계;
서로 다른 조성을 가지는 각 혼산용매와 각 침지시간에 따라 산출한 실리콘 회수율을 비교하여 실리콘 회수를 위한 조성의 혼산용매와 침지시간을 선택하는 단계;
로 이루어지고,
상기 혼산용매는 증류수 60 ~ 70 중량%, 질산 20 ~ 30 중량% 및 불산 5 ~ 10 중량%가 혼합되고, 상기 증류수, 질산 및 불산의 혼합용매 100 중량부에 대하여 황산 3 ~ 7 중량부 및 초산 3 ~ 7 중량부가 더 혼합된 혼합용매인 것을 특징으로 하는 태양전지 폐 셀에서의 실리콘 회수 방법.
삭제
삭제
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 태양전지 폐 셀의 혼산용매에 대한 침지시간을 60 ~ 90 분으로 한 것을 특징으로 하는 태양전지 폐 셀에서의 실리콘 회수 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020090126570A KR101092259B1 (ko) | 2009-12-18 | 2009-12-18 | 태양전지 폐 셀에서의 실리콘 회수 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020090126570A KR101092259B1 (ko) | 2009-12-18 | 2009-12-18 | 태양전지 폐 셀에서의 실리콘 회수 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20110069962A KR20110069962A (ko) | 2011-06-24 |
| KR101092259B1 true KR101092259B1 (ko) | 2011-12-12 |
Family
ID=44401554
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020090126570A KR101092259B1 (ko) | 2009-12-18 | 2009-12-18 | 태양전지 폐 셀에서의 실리콘 회수 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101092259B1 (ko) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101256574B1 (ko) | 2011-11-14 | 2013-04-19 | 한국화학연구원 | 태양전지 폐모듈로부터 실리콘의 회수 방법 |
| EP3023158A1 (fr) | 2014-11-18 | 2016-05-25 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Procédé de récupération de l'argent contenu dans un substrat en silicium |
| EP3178576A1 (fr) | 2015-12-11 | 2017-06-14 | Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives | Procédé de recyclage de l' argent présent dans une cellule photovoltaïque |
| WO2019054580A1 (ko) * | 2017-09-13 | 2019-03-21 | 고려대학교 산학협력단 | 재활용을 위한 태양전지 모듈의 해체 방법 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102544239B (zh) * | 2012-03-07 | 2014-03-12 | 英利集团有限公司 | 一种光伏组件分解回收的方法及其装置 |
| KR101584172B1 (ko) | 2013-10-01 | 2016-02-19 | 한국에너지기술연구원 | 태양전지의 금속회수방법 |
| EP3118902A1 (en) * | 2015-07-15 | 2017-01-18 | Universite De Liege | Method for recycling photovoltaic solar cells module |
| KR20170035198A (ko) | 2015-09-22 | 2017-03-30 | 주식회사 탑머티리얼즈 | 폐 태양전지 모듈로부터 회수된 Si 웨이퍼의 표면 세척 방법 |
| CN107425094B (zh) * | 2017-06-07 | 2018-12-04 | 中天光伏材料有限公司 | 一种报废晶体硅光伏组件用绝缘背板无害化处理方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003101056A (ja) | 2001-09-20 | 2003-04-04 | Taku Material Kk | 太陽電池用シリコン基板の製造方法 |
| JP2004042033A (ja) * | 2002-05-17 | 2004-02-12 | Kawatetsu Techno Res Corp | 太陽電池モジュールからのシリコンウエーハおよび強化ガラスの回収方法 |
| JP2007008789A (ja) | 2005-07-04 | 2007-01-18 | Sharp Corp | シリコンの再利用方法ならびにその方法により製造したシリコンおよびシリコンインゴット |
-
2009
- 2009-12-18 KR KR1020090126570A patent/KR101092259B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003101056A (ja) | 2001-09-20 | 2003-04-04 | Taku Material Kk | 太陽電池用シリコン基板の製造方法 |
| JP2004042033A (ja) * | 2002-05-17 | 2004-02-12 | Kawatetsu Techno Res Corp | 太陽電池モジュールからのシリコンウエーハおよび強化ガラスの回収方法 |
| JP2007008789A (ja) | 2005-07-04 | 2007-01-18 | Sharp Corp | シリコンの再利用方法ならびにその方法により製造したシリコンおよびシリコンインゴット |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101256574B1 (ko) | 2011-11-14 | 2013-04-19 | 한국화학연구원 | 태양전지 폐모듈로부터 실리콘의 회수 방법 |
| EP3023158A1 (fr) | 2014-11-18 | 2016-05-25 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Procédé de récupération de l'argent contenu dans un substrat en silicium |
| EP3178576A1 (fr) | 2015-12-11 | 2017-06-14 | Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives | Procédé de recyclage de l' argent présent dans une cellule photovoltaïque |
| WO2019054580A1 (ko) * | 2017-09-13 | 2019-03-21 | 고려대학교 산학협력단 | 재활용을 위한 태양전지 모듈의 해체 방법 |
| US11104116B2 (en) | 2017-09-13 | 2021-08-31 | Korea University Research And Business Foundation | Method for dismantling solar cell module for recycling |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20110069962A (ko) | 2011-06-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101092259B1 (ko) | 태양전지 폐 셀에서의 실리콘 회수 방법 | |
| Klugmann-Radziemska et al. | The use of recycled semiconductor material in crystalline silicon photovoltaic modules production-A life cycle assessment of environmental impacts | |
| Wang et al. | Recycling of materials from silicon base solar cell module | |
| Saga | Advances in crystalline silicon solar cell technology for industrial mass production | |
| Tobías et al. | Crystalline silicon solar cells and modules | |
| Green | Silicon photovoltaic modules: a brief history of the first 50 years | |
| Ramanujam et al. | Inorganic photovoltaics–planar and nanostructured devices | |
| KR101207297B1 (ko) | 태양전지 폐 모듈에서의 실리콘 회수 방법 | |
| Xiao et al. | High-efficiency silicon solar cells—materials and devices physics | |
| Tanaka et al. | Development of HIT solar cells with more than 21% conversion efficiency and commercialization of highest performance HIT modules | |
| Mack et al. | Towards 19% efficient industrial PERC devices using simultaneous front emitter and rear surface passivation by thermal oxidation | |
| Fazal et al. | Progress of PV cell technology: Feasibility of building materials, cost, performance, and stability | |
| Klugmann-Radziemska | Current trends in recycling of photovoltaic solar cells and modules waste/Recykling zużytych ogniw i modułów fotowoltaicznych-stan obecny | |
| Mihailetchi et al. | Screen printed n-type silicon solar cells for industrial application | |
| Böscke et al. | Bifacial n-type cells with> 20% front-side efficiency for industrial production | |
| KR20110031688A (ko) | 태양전지 폐 모듈의 셀 회수방법 | |
| KR101256574B1 (ko) | 태양전지 폐모듈로부터 실리콘의 회수 방법 | |
| Chen et al. | 25% large-area industrial silicon solar cell: learning from history and future perspective | |
| Mohr et al. | 20%-efficient rear side passivated solar cells in pilot series designed for conventional module assembling | |
| Benda | Crystalline Silicon Solar Cell and Module Technology | |
| Peter et al. | Future potential for SoG-Si feedstock from the metallurgical process route | |
| Mohanty et al. | Introduction to solar photovoltaic technology | |
| Meemongkolkiat et al. | Resistivity and lifetime variation along commercially grown Ga‐and B‐Doped Czochralski Si ingots and its effect on light‐induced degradation and performance of solar cells | |
| KR20120105330A (ko) | 태양전지 폐 모듈에서의 실리콘 회수 방법 | |
| Bai et al. | Investigation on bifaciality factor and ideality factor of PERC bifacial solar module under different irradiances |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20141121 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150701 Year of fee payment: 5 |