KR101844380B1 - 태양전지 셀의 실리콘 웨이퍼 및 금속 회수 방법 - Google Patents
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Abstract
태양전지 셀의 실리콘 웨이퍼 및 금속 회수 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 측면에 따른 태양전지 셀의 실리콘 웨이퍼 및 금속 회수 방법은 (a) 제1혼합액에 태양전지 셀을 침지시켜 상기 태양전지 셀에 포함된 은(Ag)을 제거하여 회수하는 회수단계; (b)제2혼합액에 은(Ag)이 제거된 상기 태양전지 셀을 침지시켜 실리콘 웨이퍼를 분리하는 분리단계; (c)상기 실리콘 웨이퍼의 잔존하는 이물질을 제거하고, 상기 실리콘 웨이퍼의 표면을 균일하게 하는 상기 실리콘 웨이퍼의 표면을 에칭하는 에칭단계; 및 (d)상기 실리콘 웨이퍼의 표면을 세척하는 세척단계;를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 태양전지 셀의 실리콘 웨이퍼 및 금속 회수 방법에 관한 것이다.
환경오염 및 이산화탄소 배출로 인한 지구 온난화를 방지하기 위하여 다양한 대체에너지원이 개발되고 있다. 대체에너지원들 중 태양전지를 전기로 변환하는 태양전지에 대한 관심이 증대되고 있으며 각 국가에서 설치되는 태양전지 역시 증가하고 있다.
태양전지가 설치되어 일정 기간이 지나면 광전변환효율이 떨어지므로 설치된 태양전지는 철거되어야 한다. 앞서 언급된 바와 같이 태양전지의 설치량이 증가하고 있으므로 향후 철거되는 태양전지의 양 역시 증가할 것으로 예상된다.
태양전지는 광전변환효율을 높이기 위하여 고가의 재료들이 사용되므로 태양전지 철거시 이들 재료들의 회수 없이 철거될 경우 자원의 낭비 문제뿐만 아니라 폐태양전지가 심각한 환경오염을 유발할 수 있다.
이에 따라 폐태양전지로부터 태양전지의 재료를 회수하기 위한 연구가 진행되고 있다.
특히, 실리콘 웨이퍼를 기판으로 제조된 폐태양전지 셀은 불산 및 질산 혼합액에 침지시킴으로써, 실리콘 웨이퍼를 포함한 물질들이 분해되기 시작한다. 이때, 불산 및 질산 혼합액은 반응이 빠르고 격렬하기 때문에 실리콘의 손실률이 높고 유해한 가스가 방출되어 환경적으로 문제가 발생한다.
그리고, 불산 및 질산 혼합액으로 실리콘 웨이퍼의 표면을 에칭하면 반응이 격렬하여 많은 양의 실리콘 손실이 발생되므로 표면이 균일하고 순도가 높으며 회수율이 높은 실리콘 웨이퍼를 회수할 수 없다.
일반적으로 태양전지 셀을 제조할 때 사용되는 실리콘 웨이퍼의 두께는 대략 180㎛ 이다. 그러나, 불산 및 질산 혼합액에 침지되어 에칭된 실리콘 웨이퍼의 두께는 평균 140㎛로 실리콘 손실이 많이 발생된다. 즉, 불산 및 질산 혼합액으로는 고 순도의 실리콘 웨이퍼를 회수하는 것이 쉽지 않다.
본 발명의 일 실시예는 환경 오염을 예방하며 고순도의 실리콘 웨이퍼와 금속을 회수할 수 있는 태양전지 셀의 실리콘 웨이퍼 및 금속 회수 방법에 관한 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따르면 (a) 제1혼합액에 태양전지 셀을 침지시켜 상기 태양전지 셀에 포함된 은(Ag)을 제거하여 회수하는 회수단계; (b)제2혼합액에 은(Ag)이 제거된 상기 태양전지 셀을 침지시켜 실리콘 웨이퍼를 분리하는 분리단계; (c)상기 실리콘 웨이퍼의 잔존하는 이물질을 제거하고, 상기 실리콘 웨이퍼의 표면을 균일하게 하는 상기 실리콘 웨이퍼의 표면을 에칭하는 에칭단계; 및 (d)상기 실리콘 웨이퍼의 표면을 세척하는 세척단계;를 포함하는 태양전지 셀의 실리콘 웨이퍼 및 금속 회수 방법을 제공한다.
또한, 상기 제1혼합액은 상기 태양전지 셀에 포함된 은(Ag)을 제거할 수 있는 질산이 혼합된 수용액이며, 상기 제2혼합액은 상기 태양전지 셀로부터 상기 실리콘 웨이퍼를 분리할 수 있는 염산과 불산이 혼합된 수용액일 수 있다.
또한, (a)단계는, (a-1) 상기 제1혼합액으로부터 은(Ag)이 제거된 상기 태양전지 셀의 표면에 잔존하는 은(Ag) 및 상기 제1혼합액을 제1세척액을 사용하여 제거하는 제1세척단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1혼합액 및 상기 제1세척액에 혼합된 은(Ag)은 상기 제2혼합액에 의해 상기 제1혼합액 및 상기 제1세척액으로부터 분리될 수 있다.
또한, 상기 은(Ag)의 회수는, (e-1) 상기 은(Ag)이 혼합된 상기 제1혼합액 및 상기 제1세처액과 상기 제2혼합액이 반응하여 AgCl를 형성하는 단계; 및 (e-2) 상기 AgCl를 환원 반응시켜 고순도의 은(Ag)을 회수하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, (b)단계는, (b-1) 상기 제2혼합액으로부터 상기 실리콘 웨이퍼가 분리된 후, 상기 실리콘 웨이퍼의 표면에 잔존하는 제2혼합액을 제2세척액을 사용하여 제거하는 제2세척단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, (d)의 세척단계는, (d-1) 상기 실리콘 웨이퍼의 표면에 잔존하는 에칭액을 제3세척액을 사용하여 제거하는 제3세척단계; 및 (d-2) 상기 제3세척단계에서 세척된 상기 실리콘 웨이퍼의 표면에 잔존하는 오염물질을 제거하도록 고온의 제4세척액으로 세척하는 제4세척단계;를 포함할 수 있다.
또한, (d-1)의 제3세척단계에서, 상기 실리콘 웨이퍼의 세척을 완료한 제3세척액은 에칭 재료와 혼합되어 상기 (c)단계의 에칭액을 형성할 수 있다.
또한, (c)단계에서, 상기 실리콘 웨이퍼의 에칭에 사용되는 에칭액은 NaOH 수용액일 수 있다.
또한, (d-2)단계에서, 상기 제4세척액은 상기 (b) 단계의 염산 및 불산과 함께 혼합되어 제2혼합액을 형성할 수 있다.
본 발명에 의하면, 제1혼합액을 사용하여 태양전지 셀에 포함된 은을 선택적으로 제거할 수 있다.
또한, 태양전지 셀로부터 실리콘 웨이퍼의 분리시켜 사용이 완료된 제2혼합액을 재활용하여 제1혼합액에 녹아있는 은을 고순도로 회수할 수 있다.
또한, 제2혼합액 및 에칭액을 제조할 때 실리콘 웨이퍼를 세척한 세척액을 재활용하여 제조할 수 있으므로, 폐액의 발생이 최소화되기 때문에 환경오염을 예방할 수 있다.
또한, 제2혼합액은 종래기술에 사용한 불산 및 질산 혼합액 보다 반응 정도가 미미하므로 유해 가스 발생이 적기 때문에, 대기 오염을 예방할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 셀의 구조를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 셀의 실리콘 웨이퍼 및 금속 회수 방법의 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 셀의 실리콘 웨이퍼 및 금속 회수 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 셀의 실리콘 웨이퍼 및 금속 회수 방법에서 제2반응조의 순환을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 셀의 실리콘 웨이퍼 및 금속 회수 방법에서 제1반응조에서 은(Ag)을 회수하는 방법을 도시한 블록도이다.
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도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 셀의 실리콘 웨이퍼 및 금속 회수 방법에서 제1반응조에서 은(Ag)을 회수하는 방법을 도시한 블록도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 셀의 구조를 도시한 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 셀의 실리콘 웨이퍼 및 금속 회수 방법의 순서도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 셀의 실리콘 웨이퍼 및 금속 회수 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 셀의 실리콘 웨이퍼 및 금속 회수 방법에서 제2반응조의 순환을 개략적으로 나타낸 블록도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 셀의 실리콘 웨이퍼 및 금속 회수 방법에서 제1반응조에서 은(Ag)을 회수하는 방법을 도시한 블록도이다.
먼저, 태양전지 셀(10)은 도 1에 도시된 바와 같이, 잉곳으로부터 절단된 실리콘 웨이퍼(11)의 상/하로 알루미늄(Al) 및 SiNx(15)이 적층된다. 그리고 SiNx(15)에 홀을 형성하여 접속부 역할을 하는 은(Ag, 16)이 형성된다.
이때 알루미늄(Al)이 실리콘 웨이퍼(11)의 일면에 적층될 때, 알루미늄(Al)과 실리콘 웨이퍼(11)의 실리콘이 반응하여 AlSi화합물(14) 층이 알루미늄(Al)층과 실리콘 웨이퍼(11)의 일면 사이에 형성될 수 있다.
이러한 구성을 갖는 태양전지 셀(10)은 사용이 완료된 후, 철거시 유가금속과 실리콘 웨이퍼로 분리되어 회수될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 유가금속은 은(Ag)이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 웨이퍼 및 금속 회수 방법은 태양전지 셀에 포함된 은(Ag)을 제거하여 회수하는 회수단계(S110), 은(Ag)이 제거된 태양전지 셀을 침지시켜 실리콘 웨이퍼를 분리하는 분리단계(S120), 실리콘 웨이퍼의 표면을 에칭하는 에칭단계(S130), 및 실리콘 웨이퍼의 표면을 세척하는 세척단계(S140)를 포함할 수 있다.
태양전지 셀(10)의 접촉부(16)는 은(Ag)으로 형성될 수 있으며, 은(Ag)은 유가금속으로 다른 불순물을 포함하지 않는 고순도의 상태로 태양전지 셀(10)로부터 분리되어야 한다.
이때, 태양전지 셀(10)의 은(Ag)은 제1반응조(110)의 제1혼합액에 의하여 태양전지 셀(10)로부터 분리될 수 있다.
구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1반응조(110)에는 은(Ag)을 분리시킬 수 있는 제1혼합액이 담겨진다. 제1혼합액은 은(Ag)과 반응하는 용질과 용매가 혼합된 용액으로, 용질로는 질산이 사용되며, 용매로는 순수 및 초순수의 증류수가 사용될 수 있다.
즉, 제1혼합액은 질산과 증류수를 혼합한 질산 수용액이며, 질산은 100%의 질산 수용액 중 적어도 30% 이상의 농도로 혼합될 수 있다. 보다 상세히, 질산과 증류수의 비율이 50%대 50%로 혼합되는 것이 가장 효율적으로 은(Ag)을 제거할 수 있다.
여기서, 제1혼합액에 포함된 질산의 농도가 30%미만이면, 반응속도가 낮아짐으로써 반응이 되지 않는 부분이 생기길 수 있다. 그리고 반응속도를 증가시키기 위하여 제1혼합액의 온도를 50도 이상으로 상승시키면, 은(Ag) 이외에 태양전지 셀에 포함된 은 이외에 알루미늄(Al)도 분해시키기 때문에, 은(Ag)의 순도에 영향을 미칠 수 있다.
또한, 질산의 농도가 30% 미만 및 70% 초과이면, 은(Ag)을 제거하기 위한 반응 시간이 오래 걸리게 된다. 이에 따라 제1혼합액에 녹아있는 질산 농도는 30~70%이며, 특히, 제1혼합액의 온도가 30도에서 제1혼합액에 녹아있는 질산 농도는 30~70%인 것이 바람직할 수 있다.
이후, 은(Ag)이 제거된 태양전지 셀(10)은 제1세척조(120)로 이동하여 세척된다. 보다 상세하게, 제1혼합액에 침지된 태양전지 셀(10)의 표면에는 은(Ag)이외에 제1혼합액이 잔존할 수 있다.
이때, 은(Ag)이 제거된 태양전지 셀(10)의 표면은 제1세척조(120)의 제1세척액에 의해 태양전지 셀(10)의 표면에 잔존하는 제1혼합액과 은(Ag)을 제거할 수 있다.
여기서, 제1세척조(120)에 담긴 세척액으로는 염산(HCl)이 혼합되지 않은 순수 및 초순수의 증류수가 사용될 수 있다. 염산은 은(Ag)과 반응하여 AgCl의 침전물을 생성시키기 때문에, 이를 방지하고자 제1세척조에는 염산(HCL)이나 소독용CL이 혼합되어 있는 수돗물이 혼합되지 않은 순수 또는 초순수의 증류수가 사용된다.
그리고, 제1세척조(120)의 제1세척액은 50 내지 80도의 고온에서 태양전지 셀(10)을 세척한다. 이는, 복수 개의 태양전지 셀들이 서로 접촉되지 않는 동시에 태양전지 셀의 파손 발생을 방지할 수 있다.
제1세척조(120)에서 세척이 완료된 태양전지 셀(10)은 실리콘 웨이퍼(11)를 분리하기 위하여 제2반응조(130)로 이동된다.
제2반응조(130)는 태양전지 셀(10)에서 실리콘 웨이퍼(11)를 분리하도록 제2혼합액이 담겨진다.
여기서, 제2혼합액은 염산(HCl)과 불산의 용질을 증류수의 용매와 혼합한 수용액으로, 실리콘 웨이퍼(11)에 적층된 백 패널의 알루미늄(Al, 13), 알루미늄과 실리콘이 반응한 AlSi화합물(14) 및 SiNx(15), 층을 제거하기 위한 용액이다.
보다 상세하게는, 태양전지 셀(10)이 제2혼합액에 침지되어 반응하면, 알루미늄(Al, 13)은 염산(HCl)에 녹으며, SiNx(15)는 불산에 녹는다. 그리고, AlSi화합물 (14)은 염산에 의해 실리콘 웨이퍼(11)로부터 분리된다.
이렇게 실리콘 웨이퍼(11)를 제외한 물질을 제거하기 위하여, 제2혼합액은 90 내지 60%의 증류수에 10 내지 30%의 염산(HCl)과 1 내지 10%의 불산을 혼합함으로써 형성될 수 있다.
또한, 제2반응조의 반응온도는 30도 내지 70도일 수 있다. 이는 태양전지 셀 내에 포함된 실리콘 웨이퍼가 고순도로 회수되기 위함이다. 보다 상세히, 제2반응조의 반응온도가 80도 이상이 되면, 실리콘 웨이퍼의 표면에 검게 그을린 자국이 형성되며, 이러한 자국은 실리콘 웨이퍼의 순도를 저하시킨다.
이에 태양전지 셀 내에 포함된 실리콘 웨이퍼가 고 순도로 회수될 수 있도록, 제2반응조의 반응온도는30도 내지 70도 이하인 것이 바람직하며, 특히, 30도 내지 50도 이하인 것이 가장 바람직하다.
여기서, 제2혼합액 중 불산의 경우 1%에서도 SiNx 부분 등이 녹아 제거될 수 있지만, SiNx를 분해하는 시간이 약 1시간 이상으로 오래 걸리며, 3%일 때 약 50분 정도 소요되며, 5%일 때 20분 정도 소요된다.
이에 불산의 경우, SiNx 분해 시간을 고려하여 불산은 5 내지 10% 의 농도로 혼합되는 것이 바람직하다.
또한, 염산의 경우도 불산과 마찬가지로 10%에서 제거가 되고, 50%에서도 제거가 되지만 반응시간이나 반응속도 등을 고려 했을 때 10 내지 30%의 농도로 혼합되는 것이 바람직하다.
이에 따르면, 제2혼합액은 반응이 격렬하지 않고, 반응온도도 거의 일정하다. 이에 제2혼합액에 녹아있는 염산이 태양전지 셀(10) 중 알루미늄(Al)만 제거하고, 불산은 SiNx만 제거하므로, 태양 전지 셀(10)을 제2혼합액에 오랜 시간 침지시켜도 실리콘 손실은 발생하지 않는다.
한편, 실리콘 웨이퍼(11)로부터 분리된 AlSi화합물은 고체 형태로 제2혼합액보다 가벼워 제2혼합액에 부유하게 된다. 이때, 제2혼합액을 순환시키면 AlSi화합물을 용이하게 회수할 수 있다.
구체적으로, 도 4를 참조하면, 제2반응조(130)의 일단에는 배출유로(131)가 구비되며, 타단에는 유입유로(132)가 구비될 수 있으며, 배출유로와 유입유로 사이에 여과수단(133)이 설치될 수 있다.
이때, 제2반응조(130)에서 태양전지 셀(10)의 반응이 완료되면, 제2혼합액은 배출유로(131)로 배출되어 여과수단(133)으로 유동된다. 여기서, 제2혼합액에는 AlSi화합물과 함께 배출된다.
그리고 제2혼합액은 여과수단(133)을 통과하여 유입유로(132)를 통하여 제2반응조(130)로 유입되며, AlSi화합물은 여과수단(133)에 여과되어 남아있기 때문에, 작업자는 추후에 여과수단(133)에서 AlSi화합물만 회수할 수 있다.
한편, 태양전지 셀(10)과 반응한 후 제2혼합액은 제1반응조(110)의 제1혼합액과 제1세척액에 녹아있는 은을 회수할 때 사용될 수 있다.
구체적으로, 제2혼합액은 염산과 불산의 혼합 수용액이며, 은(Ag)은 염산과 반응한다. 그러므로, 제1혼합액 및 제1세척액으로부터 은(Ag)을 분리하여 회수할 경우, 제2혼합액을 이용하여 제1혼합액 및 제1세척액으로부터 AgCl이 생성될 수 있다.
먼저, 도 5에 도시된 바와 같이, 은이 녹아있는 제1혼합액과 제1세척액은 AgCl반응조(191)로 이동된다. 그리고 제2혼합액 내에 AlSi화합물을 분리하기 위하여 여과수단으로 유동하는 제2혼합액 중 일부를 AgCl반응조(191)로 유동시킨다.
그러면, 제2혼합액인 염산+불산이 제1혼합액 및 제1세척액과 혼합되고, 제1혼합액 및 제1세척액에 녹아있는 은(Ag)이 제2혼합액의 염산과 서로 반응하며, 이에 하얀색 고체의 AgCl이 생성된다.
그리고 AgCl반응조(191) 내에 제1혼합액, 제1세척액 및 제2혼합액의 반응이 완료되면, 여과 및 세척을 통하여 이물질을 제거함으로써 고순도의 AgCl을 얻는다.
이후, AgCl은 환원반응조(192)로 이동하여 환원용액와 반응 함으로써 고 순도의 은(Ag)을 얻을 수 있다. 이때, 은(Ag)은 고체 형태로 침전된다. 이후, 은(Ag)을 여과함으로써, 순도 99% 이상의 은(Ag)을 회수할 수 있다.
이때, 회수되는 은(Ag)은 고체 또는 파우더 형태로 회수될 수 있다.
그리고 반응이 완료된 제1혼합액, 제1세척액, 환원제 및 제2혼합액은 폐액조로 유동되어 폐처리된다.
이렇게, 제1혼합액 및 제1세척액에 녹아있는 유가금속인 은을 분리하기 위하여 새로운 환원제를 사용하지 않고, 반응이 완료되어 폐기될 제2혼합액의 염산(HCl)을 사용하여 은을 회수할 수 있으므로, 환경 오염을 방지할 수 있다.
한편, 제2반응조(130)에서 태양전지 셀(10)로부터 분리된 실리콘 웨이퍼(11)는 제2세척조(140)로 이동되어 세척된다. 보다 상세하게, 제2혼합액에 침지된 실리콘 웨이퍼(11)의 표면에는 알루미늄, SiNx, AlSi화합물 및 제2혼합액이 잔존할 수 있다.
이때, 실리콘 웨이퍼(11)의 표면은 제2세척조(140)의 제2세척액에 의해 실리콘 웨이퍼(11)의 표면에 잔존하는 알루미늄, SiNx, AlSi화합물 및 제2혼합액을 제거할 수 있다. 여기서, 제2세척조(140)에 담긴 제2세척액으로는 순수 및 초순수의 증류수가 사용될 수 있다.
그리고, 제2세척액은 50 내지 80도의 고온으로, 태양전지 셀(10)은 고온의 제2세척액에서 세척된다. 이는, 복수 개의 태양전지 셀들이 서로 접촉되지 않아 태양전지 셀의 파손 발생을 방지할 수 있다.
여기서, 실리콘 웨이퍼(11)의 세척이 완료된 제2세척액은 수회 사용 후 폐액조로 유동되어 수집된다.
이후, 실리콘 웨이퍼는 실리콘 웨이퍼의 표면을 일정하게 하며, 실리콘 웨이퍼에 남아있는 이물질을 제거하기 위하여 제3반응조(150)에서 에칭이 이루어진다.
여기서, 제3반응조(150)에 담긴 에칭액은 용질인 에칭 재료와 용매인 증류수를 혼합함으로써 제조될 수 있으며, 여기서 용질인 에칭 재료로는 NaOH가 사용될 수 있으며, 용매인 증류수는 순수 및 초순수의 증류수일 수 있다.
보다 상세하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 에칭액은 증류수에 NaOH가 혼합된 NaOH수용액이 사용된다. 여기서 NaOH 수용액에는 NaOH가 2 내지 30%의 농도로 혼합된다.
그리고, NaOH 수용액은 실리콘 웨이퍼의 표면을 에칭하지만, 실리콘 웨이퍼의 표면 에칭이 미미하다. 이는, 실리콘 웨이퍼가 제1반응조의 제1혼합액과 제2반응조의 제2혼합액에 의하여 실리콘 웨이퍼 표면에 증착된 물질들이 제거된 상태이므로, 제3반응조의 에칭액은 실리콘 웨이퍼의 표면을 에칭할 수 있다.
이렇게 제3반응조(150)에서 에칭이 완료되면, 최초에 태양광 전지 셀로 제조되기 위한 실리콘 웨이퍼의 두께와 비슷한 두께를 갖는 실리콘 웨이퍼가 회수될 수 있다. 즉, 실리콘 웨이퍼의 두께가 대략 160 내지 170㎛인 고순도 실리콘 웨이퍼를 회수할 수 있다.
또한, 실리콘 웨이퍼의 표면을 에칭한 에칭액은 폐액조로 유동하며, 폐액조로 유동한 에칭액 즉, NaOH 수용액은 폐액조에 수집된 제1혼합액, 제1세척액, 제2혼합액 및 제2세척액을 폐액 폐수처리를 위해 사용될 수 있다.
즉, 에칭액으로 사용되는 NaOH 수용액은 종래기술보다 실리콘 웨이퍼의 표면을 더 균일하게 에칭시키며, 상황에 따라 NaOH 용액은 폐수처리용 처리 용액으로 사용될 수 있다.
이렇게 제3반응조(150)에서 표면 에칭이 완료된 실리콘 웨이퍼는 제3세척조(160) 및 제4세척조(170)에서 세척됨으로써 고순도의 실리콘 웨이퍼로 작업자는 회수할 수 있다.
여기서, 제3세척조(160) 및 제4세척조(170)는 제1 및 제2세척조에 사용되는 순수 및 초순수의 증류수이다.
제3세척조(160)는 에칭된 실리콘 웨이퍼의 표면에 잔존하는 에칭액을 제거할 수 있고, 제4세척조(170)는 세척 자국 및 기타 오염물질들을 제거할 수 있다.
특히, 제4세척조(170)는 고온에서 이루어지며, 이는 고온의 증류수에서 표면 장력 들이 발생하고 표면 용액이 빠르게 마르는 효과로 실리콘 웨이퍼의 표면에 세척 자국 및 기타 오염물질들의 잔류를 최소화할 수 있다.
그리고 제3세척조(160)에서 사용된 제3세척액은 에칭액을 제조할 때 용매제로 사용될 수 있다.
즉, 제3반응조(150)의 에칭액은 에칭 재료가 되는 NaOH에 제3세척액을 혼합함으로써 제조될 수 있다.
그리고, 제4세척조(170)의 제4세척액은 실리콘 웨이퍼(11)를 세척한 후, 제2혼합액을 제조할 때 사용될 수 있다.
즉, 불산과 염산을 혼합하여 제2혼합액을 제조할 때, 용매제로 제4세척액이 사용될 수 있다.
한편, 에칭액으로 NaOH뿐만 아니라 불산과 질산의 혼합액이 사용될 수 있다. 그러나, 불산과 질산의 혼합액은 에칭 속도가 높아 표면이 일정하지 않고 에칭의 정도가 균일하지 않아 태양전지로 재사용하기에는 실리콘의 손실이 많고 균일하지 않다. 이에 불산과 질산의 혼합액보다 에칭 속도가 낮고 표면이 일정한 NaOH 에칭액을 사용함으로써 실리콘의 손실을 낮출 수 있다.
또한, NaOH 수용액을 에칭액으로 사용되지 않고 다른 용액을 에칭액으로 사용될 수 있다. 단, 본 발명에서와 같이 실리콘의 손실을 최소화할 수 있는 에칭액이라면 어떠한 종류의 에칭액이라도 좋다.
한편, 본 발명에서는 태양전지 셀(10)이 사용이 완료된 후 철거시 유가금속과 실리콘 웨이퍼로 분리되는 것으로 설명 및 도시하고 있으나, 본 발명이 이로 제한되지 않는다. 즉, 태양전지 셀이 파손되거나, 태양전지 셀의 제조 과정에서 발생하는 불량의 태양전지 셀을 분리할 때도 본 발명에 따른 방법으로 유가금속과 실리콘 웨이퍼로 분리될 수 있음을 밝혀둔다.
상술한 바에 따른 태양전지 셀의 실리콘 웨이퍼 및 금속 회수 방법으로 회수된 실리콘 웨이퍼를 한국기초과학지원연구원에 의뢰하여 실리콘의 순도를 검사하였고, 실리콘 웨이퍼의 실리콘 순도 검사 결과, 실리콘 웨이퍼 내에 실리콘이 999,999.078ppm을 포함하고 있음을 확인하였다.
따라서, 본원발명의 일 실시예에 따른 태양전지 셀의 실리콘 웨이퍼 및 금속 회수 방법은 제1혼합액을 사용하여 태양전지 셀에 포함된 은을 선택적으로 제거할 수 있다.
또한, 태양전지 셀로부터 실리콘 웨이퍼의 분리시켜 사용이 완료된 제2혼합액을 재활용하여 제1혼합액에 녹아있는 은을 고순도로 회수할 수 있다.
또한, 제2혼합액 및 에칭액을 제조할 때 실리콘 웨이퍼를 세척한 세척액을 재활용하여 제조할 수 있으므로, 폐액의 발생이 최소화되기 때문에 환경오염을 예방할 수 있다.
또한, 제2혼합액은 종래기술에 사용한 불산 및 질산 혼합액 보다 반응 정도가 미미하므로 유해 가스 발생이 적기 때문에, 대기 오염을 예방할 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
10 : 태양전지 셀 11 : 실리콘 웨이퍼
110 : 제1반응조 120 : 제1세척조
130 : 제2반응조 140 : 제2세척조
150 : 제3반응조 160 : 제3세척조
170 : 제4세척조
110 : 제1반응조 120 : 제1세척조
130 : 제2반응조 140 : 제2세척조
150 : 제3반응조 160 : 제3세척조
170 : 제4세척조
Claims (10)
- (a) 제1혼합액에 태양전지 셀을 침지시켜 상기 태양전지 셀에 포함된 은(Ag)을 제거하여 회수하는 회수단계;
(b)제2혼합액에 은(Ag)이 제거된 상기 태양전지 셀을 침지시켜 실리콘 웨이퍼를 분리하는 분리단계;
(c)상기 실리콘 웨이퍼의 잔존하는 이물질을 제거하고, 상기 실리콘 웨이퍼의 표면을 에칭하는 에칭단계; 및
(d)상기 실리콘 웨이퍼의 표면을 세척하는 세척단계;
를 포함하고,
상기 제1혼합액은 상기 태양전지 셀에 포함된 은(Ag)을 제거할 수 있는 질산이 혼합된 수용액이며,
상기 제2혼합액은 상기 태양전지 셀로부터 상기 실리콘 웨이퍼를 분리할 수 있는 염산과 불산이 혼합된 수용액이며,
(a)단계는,
(a-1) 상기 제1혼합액으로부터 은(Ag)이 제거된 상기 태양전지 셀의 표면에 잔존하는 은(Ag) 및 상기 제1혼합액을 제1세척액을 사용하여 제거하는 제1세척단계;를 더 포함하고,
상기 제1혼합액 및 상기 제1세척액에 혼합된 은(Ag)은 (b)단계에서 사용된 상기 제2혼합액에 의해 상기 제1혼합액 및 상기 제1세척액으로부터 분리되되,
상기 은(Ag)의 회수는,
(e-1)상기 은(Ag)이 혼합된 상기 제1혼합액 및 상기 제1세척액과 (b)단계에서 사용된 상기 제2혼합액이 반응하여 AgCl를 형성하는 단계; 및
(e-2)상기 AgCl를 환원 반응시켜 은(Ag)을 회수하는 단계;를 포함하며,
상기 (b)단계에서 태양전지 셀과 제2혼합액이 반응하는 제2반응조의 일단에는 배출유로가 구비되고, 타단에는 유입유로가 구비되며, 배출유로와 유입유로 사이에 여과수단이 설치되어, 제2반응조에서 태양전지 셀의 반응이 완료되면, 제2혼합액은 배출유로로 배출되어 상기 여과수단으로 유동되고, 제2혼합액에는 AlSi화합물과 함께 배출되고, 제2혼합액은 상기 여과수단을 통과하여 유입유로를 통하여 제2반응조로 유입되며, AlSi화합물은 상기 여과수단에 여과되어 남아 회수되는 태양전지 셀의 실리콘 웨이퍼 및 금속 회수 방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
(b)단계는,
(b-1) 상기 제2혼합액으로부터 상기 실리콘 웨이퍼가 분리된 후, 상기 실리콘 웨이퍼의 표면에 잔존하는 제2혼합액을 제2세척액을 사용하여 제거하는 제2세척단계;를 더 포함하는 태양전지 셀의 실리콘 웨이퍼 및 금속 회수 방법. - 제 1 항에 있어서,
(d)의 세척단계는,
(d-1) 상기 실리콘 웨이퍼의 표면에 잔존하는 에칭액을 제3세척액을 사용하여 제거하는 제3세척단계; 및
(d-2) 상기 제3세척단계에서 세척된 상기 실리콘 웨이퍼의 표면에 잔존하는 오염물질을 제거하도록 고온의 제4세척액으로 세척하는 제4세척단계;를 포함하는 태양전지 셀의 실리콘 웨이퍼 및 금속 회수 방법. - 제 7 항에 있어서,
(d-1)의 제3세척단계에서,
상기 실리콘 웨이퍼의 세척을 완료한 제3세척액은 에칭 재료와 혼합되어 상기 (c)단계의 에칭액을 형성하는 태양전지 셀의 실리콘 웨이퍼 및 금속 회수 방법. - 제 8 항에 있어서,
(c)단계에서, 상기 실리콘 웨이퍼의 에칭에 사용되는 에칭액은 NaOH 수용액인 태양전지 셀의 실리콘 웨이퍼 및 금속 회수 방법. - 제 7 항에 있어서,
(d-2)단계에서, 상기 제4세척액은 상기 (b) 단계의 염산 및 불산과 함께 혼합되어 제2혼합액을 형성하는 태양전지 셀의 실리콘 웨이퍼 및 금속 회수 방법.
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| KR20200114634A (ko) | 2019-03-29 | 2020-10-07 | 주식회사 금강이엔지 | 태양광 폐모듈의 재활용방법 |
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