KR20120000148A - Method for recycling silicon from waste solar module - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for collecting silicon from solar cell module waste is provided to collect pure silicon and recycle the collected silicon as a silicon wafer by collecting cells from the solar cell module waste and eliminating a non-reflective coating layer and electrode materials from the cells. CONSTITUTION: Solar cell module waste is immersed in an organic solvent in order to collect cells(11) based on the swelling phenomenon of ethylene vinyl acetate(EVA)(12). Trichloroethylene, o-dichlorobenzene, or toluene is used as the organic solvent. Reinforced glass(14), separated from the cells based on the swelling phenomenon of the EVA, is collected. Cells attached to the EVA are passed through a furnace of 500-700 degrees Celsius under an inert atmosphere condition in order to pyrolyze the EVA. The cells are collected. A mixed acid solvent is obtained by mixing distilled water, nitric acid, fluoric acid, sulfuric acid, and acetic acid. A mixed solvent is obtained by additionally mixing surfactant to the mixed acid solvent. The collected cells are immersed in the mixed solvent to dissolve a non-reflective coating layer and electrode materials. Pure silicon is collected.

Description

태양전지 폐 모듈에서의 실리콘 회수 방법{METHOD FOR RECYCLING SILICON FROM WASTE SOLAR MODULE}Silicon recovery method in solar cell waste module {METHOD FOR RECYCLING SILICON FROM WASTE SOLAR MODULE}

본 발명은 태양전지 폐 모듈에서의 실리콘 회수 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양전지 폐 모듈에서 EVA(Ethylene Vinyl Accetate)의 제거를 통해 강화유리와 셀을 회수하고, 회수된 태양전지 셀에서 무반사 코트막 및 전극물질을 제거하여 순수한 실리콘을 회수하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for recovering silicon from a solar cell waste module, and more particularly, to recover tempered glass and cells by removing EVA (Ethylene Vinyl Accetate) from the solar cell waste module, and to reflect the anti-reflection from the recovered solar cell. The present invention relates to a method for recovering pure silicon by removing the coating film and the electrode material.

환경, 에너지 문제를 해결하기 위해 신 재생에너지 분야에 대한 많은 연구가 수행되고 있으며 그 중에서 태양에너지라는 새로운 에너지원을 사용하는 태양전지는 관심의 대상으로 급부상하고 있고 현재 상용화되어 활발히 사용되고 있다. 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 신 재생에너지이다.In order to solve the environment and energy problems, a lot of researches are being conducted in the field of renewable energy. Among them, solar cells using a new energy source called solar energy are rapidly emerging as an object of interest and are currently being commercialized and actively used. In general, solar cells convert energy from sunlight into electrical energy and generate electricity using two types of semiconductors, P-type semiconductors and N-type semiconductors, which are inexpensive and can be used semi-permanently without causing pollution. Therefore, it is a renewable energy that is spotlighted as an alternative energy.

태양전지의 전기 발생 원리를 설명하며, 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.Explains the principle of electricity generation of solar cells, and when light is irradiated on the solar cells, electrons and holes are generated inside the solar cells, and the generated charges move to the P and N poles, thereby generating a potential difference between the P and N poles. At this time, the current flows when the load is connected to the solar cell.

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.Such solar cells may be classified into silicon solar cells, compound semiconductor solar cells, and organic solar cells according to materials, and are classified into bulk and thin film types according to the type of substrate, the type of silicon wafer and glass, and the like.

상기 벌크형 실리콘 태양전지는 다시 실리콘의 종류에 따라 다결정과 단결정의 결정질 태양전지로 나뉜다.The bulk silicon solar cell is further divided into polycrystalline and single crystal crystalline solar cells according to the type of silicon.

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.Looking at the manufacturing method of the most widely used crystalline silicon solar cell, occupying more than 90% of the world's rapidly growing photovoltaic market, the step of making metal silicon (99% purity) by refining raw materials such as quartz and sand, Refining it to make polysilicon for solar cell (purity 6N or more), and then purifying the produced polysilicon to make single crystal or polycrystalline ingot, cutting it to make silicon wafer, and then forming PN junction and electrode Finally, the solar cell is manufactured.

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.The monocrystalline solar cell manufactured as described above has a disadvantage in that the power generation efficiency is higher than that of the polycrystalline solar cell, but the price is a little expensive, but the power generation efficiency is high even on a cloudy or rainy day.

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.In contrast, polycrystalline solar cells are less efficient than single crystal solar cells, but are easy to process and easily mass-produced, so that they can be supplied at a low price.

이에 현재 태양전지용 기판시장은 급격한 모듈 생산 증가로 실리콘 공급이 한계에 도달하고 있고, 실리콘 원료공급의 악화로 기판의 가격 상승이 예상되는 실정이다.In the solar cell substrate market, the supply of silicon is reaching its limit due to a sharp increase in module production, and the price of substrate is expected to increase due to deterioration of silicon raw material supply.

한편, 태양전지 모듈을 만드는 과정을 살펴보면, 먼저 실리콘 웨이퍼에 무반사 코트막과 전극물질을 붙여서 셀을 만들고 이렇게 만들어진 다수의 셀을 투명한 EVA(ethylene vinyl acetate)로 셀의 앞부분과 뒷부분을 덮는다. 그리고 한 면에는 강화유리를 다른 한 면에는 백시트를 덮어 열과 압력을 주고 접착하여 모듈로 제작한 후, 전력을 사용하기 위해 단자상자를 설치하고 모듈 모서리에 알루미늄 프레임을 설치하여 제작한다.On the other hand, in the process of making a solar cell module, first, a cell is made by attaching an antireflective coating film and an electrode material to a silicon wafer, and a plurality of cells thus made are covered with transparent EVA (ethylene vinyl acetate) to cover the front and the back of the cell. Then, the tempered glass on one side is covered with a back sheet on the other side to give heat and pressure, and then it is manufactured as a module. Then, a terminal box is installed to use power and an aluminum frame is installed at the edge of the module.

한편, 상기 태양전지 시스템 중 모듈이 차지하는 가격 비율은 55%이며, 모듈중 실리콘이 차지하는 가격비율은 50%로, 실리콘은 태양전지 시스템에서 가장 중요한 요소이다. 그리고 태양빛의 광 투과성과 태양전지의 내구성에 영향을 주는 강화유리 또한 회수되어야 할 중요한 소재중 하나이다.Meanwhile, the price ratio of the module in the solar cell system is 55%, the price ratio of silicon in the module is 50%, and silicon is the most important factor in the solar cell system. In addition, tempered glass, which affects the light transmission of the sunlight and the durability of the solar cell, is also an important material to be recovered.

그러나 현재는 태양전지로부터 실리콘과 강화유리를 회수하는 기술이 미약하기 때문에 회수되는 대부분의 태양전지 모듈은 파·분쇄하여 땅에 묻거나 외국에 헐값에 팔고 있는 실정이다. 이에 태양전지 모듈로부터 실리콘과 강화유리를 회수하는 것이 환경적·경제적으로 매우 중요한 기술에 해당한다.However, at present, since the technology for recovering silicon and tempered glass from solar cells is weak, most of the recovered solar cell modules are crushed and crushed, buried in the ground, or sold at low prices to foreign countries. Therefore, the recovery of silicon and tempered glass from the solar cell module is an environmentally and economically important technology.

태양전지 모듈로부터 실리콘과 강화유리를 회수하기 위해서는 그 첫 번째 과제로서 앞서 언급한 셀과 강화유리의 접착제로 쓰인 EVA를 제거해야 한다.In order to recover silicon and tempered glass from the solar cell module, the first task is to remove the EVA used as the adhesive for the cell and tempered glass.

종래의 기술에 따른 EVA를 제거하는 방법으로는 질소나 아르곤과 같은 불활성 기체에서 고온의 열을 사용하여 EVA의 녹는점을 이용하는 열 분해법과, 고온의 질산에 침지하여 EVA를 녹임으로써 EVA를 제거하는 질산 침지법, 유기용제로 EVA를 팽창하여 강화유리와 실리콘을 회수하는 유기용매법등이 있다.The conventional method for removing EVA includes thermal decomposition using the melting point of EVA using high temperature heat in an inert gas such as nitrogen or argon, and removing EVA by melting EVA by immersing in high temperature nitric acid. There are nitric acid dipping method and organic solvent method for recovering tempered glass and silicon by expanding EVA with organic solvent.

그러나 열분해법의 경우 태양전지 모듈의 크기에 따라 사용하여야 하는 장비 및 로(爐)의 크기가 한정되어 있어서 설치 및 제작에 어려움이 크고, 또한 열분해시 Cross linking(강화유리와 셀 사이에 EVA가 고온과 고압을 통하여 접착제 역할을 하면서 강화유리와 셀 표면에서 폴리머가 되는 현상) 된 EVA가 셀과 강화유리 표면에 잔존하여 제거시에 어려움이 있다.However, in the case of pyrolysis, the size of equipment and furnace to be used is limited according to the size of the solar cell module, which makes it difficult to install and manufacture. Also, when pyrolysis, cross linking (high temperature EVA between tempered glass and cells) EVA, which acts as an adhesive through overpressure and becomes a polymer on the surface of the tempered glass and the cell surface, remains on the surface of the cell and the tempered glass.

또한, 질산침지법의 경우 강화유리와 셀 사이에 질산의 침투가 어려우며 질산의 온도를 고온으로 하여 분해 속도를 높여도 상당한 시간이 필요하다. 특히, EVA를 녹여 셀과 강화유리를 회수하였다고 하더라도 EVA의 잔존물질인 백색물질이 그대로 표면에 남아서 후에 유기용매로 제거해야 하는 이차과정을 거쳐야 하며, 이차과정 후에도 청정한 표면상태의 강화유리와 셀을 얻는 것은 매우 어렵다. 또한, 아직 표면 청정화 기술은 확립되어 있지 않은 상태이다. In addition, the nitric acid immersion method is difficult to penetrate nitric acid between the tempered glass and the cell, and a considerable time is required even if the nitric acid temperature is increased to a high temperature. In particular, even if the EVA is recovered and the cell and the tempered glass are recovered, the remaining white matter, the remaining substance of the EVA, must remain on the surface and be removed later with an organic solvent. It is very difficult to get. In addition, the surface cleaning technology is not yet established.

이에 태양전지 폐 모듈로부터 순수한 실리콘 회수할 수 있는 기술을 개발함으로써 실리콘 공급부족 문제해결, 태양전지 제조원가 및 폐기물 처리비용의 절감을 위한 노력이 필요하다.
Therefore, by developing a technology to recover pure silicon from the solar cell waste module, efforts are needed to solve the problem of shortage of silicon, to reduce solar cell manufacturing cost and waste disposal cost.

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 모듈에서의 실리콘 회수 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention has been invented to solve the above problems, to find the optimal conditions for recovering silicon, which is the core material of the solar cell module, to recover the silicon most efficiently and to recycle the material of the solar cell It is an object of the present invention to provide a method for recovering silicon in a battery waste module.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 태양전지 폐 모듈에서의 실리콘 회수 방법은, a) 태양전지 폐 모듈에서 EVA(Ethylene Vinyl Accetate)의 부풀어 오름 현상을 이용하여 셀을 회수하기 위해 상기 폐 모듈을 유기용매에 침지하는 단계; b) EVA의 부풀어 오름에 의해 셀과 분리된 강화유리를 먼저 회수하는 단계; c) 강화유리가 제거된 부풀어 오른 EVA에 붙어 있는 셀을 불활성분위기, 500~700℃의 로(爐)에서 EVA를 열분해하여 제거하고 셀을 회수하는 단계; d) 증류수, 질산, 불산, 황산 및 초산을 혼합하여 혼산용매를 제조하고 상기 혼산용매에 계면활성제를 추가 혼합한 혼합용매를 제조하는 단계; e) 상기 제조된 혼합용매에 상기 c) 단계에서 회수된 셀을 침지시간을 변화시켜가며 침지시켜 가장 높은 실리콘 회수율을 얻는 침지시간을 검출하는 단계; f) 상기 검출된 최적의 침지시간에 따라 상기 회수된 셀을 상기 혼합용매에 침지시켜 무반사 코트막과 전극 물질을 녹이는 단계; g) 상기 혼합용매에 침지된 셀에서 무반사 코트막과 전극 물질이 제거된 순수한 실리콘을 회수하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a method for recovering silicon in a solar cell waste module according to the present invention includes: a) the waste module for recovering a cell using the swelling phenomenon of EVA (Ethylene Vinyl Accetate) in the solar cell waste module; Dipping in an organic solvent; b) first recovering the tempered glass separated from the cell by swelling of the EVA; c) thermally decomposing EVA in a furnace at 500-700 ° C. to remove the cells attached to the expanded EVA from which the tempered glass was removed, and recovering the cells; d) preparing a mixed solvent by mixing distilled water, nitric acid, hydrofluoric acid, sulfuric acid and acetic acid, and preparing a mixed solvent in which a surfactant is further mixed with the mixed acid solvent; e) detecting the immersion time to obtain the highest recovery rate of silicon by immersing the cell recovered in the step c) by changing the immersion time in the prepared mixed solvent; f) dissolving the recovered cell in the mixed solvent according to the detected optimal immersion time to dissolve the antireflective coating film and the electrode material; g) recovering the pure silicon from which the antireflective coating film and the electrode material are removed from the cell immersed in the mixed solvent.

또한, 상기 a) 단계의 유기용매는 트리클로로에틸렌(Trichloroethylene), o-디클로로벤젠(o-dichlorobenzene) 또는 톨루엔(Toluene) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.In addition, the organic solvent of step a) is characterized in that any one of trichloroethylene, o-dichlorobenzene or toluene.

또한, 상기 d) 단계의 혼산용매는 증류수 60 ~ 70 중량%, 질산 20 ~ 30 중량% 및 불산 5 ~ 10 중량%가 혼합되고, 상기 증류수, 질산 및 불산의 혼합액 100 중량부에 대하여 황산 3 ~ 7 중량부, 초산 3 ~ 7 중량부를 더 혼합한 용매인 것을 특징으로 한다.In addition, the mixed acid solvent of step d) is 60 to 70% by weight of distilled water, 20 to 30% by weight of nitric acid and 5 to 10% by weight of hydrofluoric acid, 3 to sulfuric acid with respect to 100 parts by weight of the mixture of distilled water, nitric acid and hydrofluoric acid 7 parts by weight, acetic acid 3 to 7 parts by weight of the solvent is characterized by further mixing.

또한, 상기 d) 단계에서 추가 혼합되는 계면활성제의 양은 상기 증류수, 질산, 불산, 황산 및 초산으로 이루어진 혼산용매 전체 체적의 20~30%에 해당하는 것을 특징으로 한다.
In addition, the amount of the surfactant further mixed in step d) is characterized in that 20 to 30% of the total volume of the mixed acid solvent consisting of distilled water, nitric acid, hydrofluoric acid, sulfuric acid and acetic acid.

본 발명에 따른 태양전지 폐 모듈에서의 실리콘 회수 방법에 의하면, 태양전지 폐 모듈로부터 셀을 회수하고, 상기 회수된 셀에서 무반사 코트막 및 전극 물질을 제거하여 순수한 실리콘을 회수하여 실리콘 웨이퍼로 재활용이 가능하다.According to the silicon recovery method of the solar cell waste module according to the present invention, the cell is recovered from the solar cell waste module, the anti-reflective coating film and the electrode material are removed from the recovered cell, and the pure silicon is recovered to recycle the silicon wafer. It is possible.

특히, 태양전지에서 고가물질로 사용중인 실리콘을 회수하여 재활용함으로 태양전지의 생산가격을 절감시키고 생산성을 증대시킬 수 있다.
In particular, by recovering and recycling the silicon used in the solar cell as an expensive material, it is possible to reduce the production price of the solar cell and increase productivity.

도 1은 일반적인 태양전지 모듈을 개략적으로 도시한 구성도,
도 2는 계면활성제를 사용한 경우 셀 표면의 제거 물질이 분리되는 메커니즘을 개략적으로 보여주는 도면,
도 3은 태양전지 폐 모듈을 유기용매 침지할때 EVA의 가교부(Cross linking part)와 비가교부(Non-Cross linking part)의 서로 다른 반응을 나타내는 모식도이다.
1 is a schematic view showing a general solar cell module,
2 schematically shows the mechanism by which the removal material of the cell surface is separated when a surfactant is used;
FIG. 3 is a schematic diagram showing different reactions of a cross linking part and a non-cross linking part of EVA when the solar cell waste module is immersed in an organic solvent.

이하, 본 발명에 따른 태양전지 폐 모듈에서의 실리콘 회수 방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the silicon recovery method in the solar cell waste module according to the present invention will be described in detail.

본 발명의 실시예에 따르면, 우선 오래되어 사용할 수 없는 태양전지 폐 모듈이나 제작 과정 중에 생기는 불량 태양전지 폐 모듈을 수급하여 기초실험을 통하여 미리 선택한 유기용매에 일정 시간 동안 침지시킴으로 EVA(Ethylene Vinyl Acetate)가 부풀어 올라 강화유리와 셀을 회수할 수 있다. 이때 강화유리를 제거하고, 부풀어 오른 EVA가 붙어 있는 셀을 불활성 분위기, 500~700℃의 로(爐)에서 EVA를 열분해 제거하여 셀을 회수한다. 최종적으로 회수된 셀은 실온에서 일정 시간 동안 여러 종류의 혼산용매에 침지시켜 무반사 코트막과 전극물질이 제거된 실리콘을 회수하고, ICP(Inductively Coupled Plasma)분석법을 통하여 회수된 실리콘과 혼산용액 속에 녹아 있는 실리콘의 양을 분석하여 실리콘의 회수율을 산출한다. 이렇게 산출된 실리콘 회수율을 이용하여 최적의 혼산용매 조건과 혼산 침지시간을 제공하여 효과적으로 실리콘을 회수할 수 있도록 한다.According to an embodiment of the present invention, EVA (Ethylene Vinyl Acetate) is obtained by first immersing an old solar cell waste module or a defective solar cell waste module produced during the manufacturing process and immersing it in a preselected organic solvent through a basic experiment for a predetermined time. ) Swells up to recover tempered glass and cells. At this time, the tempered glass is removed, and the cell with swelled EVA is thermally decomposed in an inert atmosphere, a furnace of 500 to 700 ° C. to recover the cell. Finally, the recovered cells are immersed in various mixed solvents at room temperature for a certain time to recover the silicon from which the anti-reflective coating film and the electrode material have been removed, and are dissolved in the recovered silicon and mixed solution through ICP (Inductively Coupled Plasma) analysis. The amount of silicon present is analyzed to calculate the recovery of silicon. Using the silicon recovery rate thus calculated, it is possible to effectively recover the silicon by providing the optimum mixed acid solvent condition and mixed acid immersion time.

이에 본 발명은 태양전지 폐 모듈을 선택된 유기용매에 침지시켜 강화유리와 셀을 회수하고, 회수된 셀을 최적의 혼산용매에 침지시켜 무반사 코트막 및 전극물질을 제거한 후, 남은 순수한 실리콘을 회수하여 재활용할 수 있도록 한다.Thus, the present invention is to recover the tempered glass and cells by immersing the solar cell waste module in the selected organic solvent, immersed in the optimal mixed acid solvent to remove the antireflective coating film and electrode material, and then to recover the remaining pure silicon Make sure to recycle it.

첨부한 도 1은 일반적인 태양전지 모듈을 개략적으로 보여주는 구성도이다.1 is a schematic view showing a general solar cell module.

도시한 바와 같이, 태양전지 모듈은 양측 프레임(16)에 지지 되어 강화유리(14), EVA(12), 셀(11), 백 시트(13)(back sheet), 단자함(15) 등으로 구성된다.As shown, the solar cell module is supported by both frames 16 and consists of tempered glass 14, EVA 12, cell 11, back sheet 13, back box, terminal box 15, and the like. do.

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.The tempered glass 14 serves as a surface material to protect the cell 11 from external impact. The EVA 12 serves as a filler and is a copolymer of ethylene and vinyl acetate, which is a vinyl film having excellent transparency, buffering capacity, elasticity, and tensile strength.

상기 셀(11)은 빛에너지를 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 이루어질 수 있다. 상기 프레임(16)은 알루미늄 등으로 이루어져 태양전지 모듈의 각 구성요소들을 지지하며, 상기 단자함(15)은 태양전지 모듈의 접속 단자와 전력선의 접속부를 수납체 내부에 수납하여 접속부 보호 및 누전 방지 등의 역할을 수행한다.
The cell 11 serves to convert light energy into electrical energy, and a plurality of cells 11 are connected in series or in parallel by conductive ribbons. The back sheet 13 plays a role of waterproofing, insulation and UV protection, and may be made of PVF, polyester, acrylic, or the like. The frame 16 is made of aluminum to support each component of the solar cell module, and the terminal box 15 is connected to the connection terminal and the power line of the solar cell module inside the housing to protect the connection and prevent leakage. Plays the role of.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.

본 발명에 따른 실리콘 회수 방법은 1) 먼저 유기용매를 이용하여 강화유리와 셀을 회수하는 것으로, 태양전지 폐 모듈을 기초실험을 통하여 미리 선택한 유기용매에 7~14일 동안 침지시키면 EVA가 부풀어 올라 셀과 분리된 강화유리를 회수할 수 있다. 2) 상기 단계에 의하여 강화유리를 먼저 제거한 뒤, 부풀어 오른 EVA가 붙어 있는 셀을 불활성 분위기, 500~700℃의 로(爐)에서 EVA를 열분해 하여 제거하고 셀을 회수한다. 3) 최종적으로 회수된 셀은 혼산용매 침지법을 이용하여 무반사 코트막과 전극물질을 모두 제거하여 순수한 실리콘을 얻는다. 상기 순수한 실리콘의 회수율을 ICP 분석을 통해 산출하여 실리콘을 회수함에 있어서 최적의 혼산용매와 적정한 침지시간을 결정한다. 이때 실리콘 회수율의 증감 비교를 위하여 위에서 제조한 혼산용매에 계면활성제를 추가한 혼합용매에도 회수된 셀을 침지시켜 무반사 코트막과 전극물질이 제거된 순수한 실리콘의 회수율을 비교한다.The method for recovering silicon according to the present invention 1) first recovers tempered glass and cells by using an organic solvent, and the EVA swells when the solar cell waste module is immersed in a preselected organic solvent through a basic experiment for 7 to 14 days. The tempered glass separated from the cell can be recovered. 2) After removing the tempered glass by the above steps, the cell with the expanded EVA is removed by pyrolysis of the EVA in an inert atmosphere at a temperature of 500 to 700 ° C. to recover the cell. 3) Finally, the recovered cell is pure silicon by removing both the antireflective coating film and electrode material by using mixed acid solvent dipping. The recovery rate of the pure silicon is calculated through ICP analysis to determine the optimum mixed acid solvent and the appropriate immersion time in recovering the silicon. In this case, the recovered cells are immersed in the mixed solvent in which the surfactant is added to the mixed acid solvent prepared above to compare the recovery rate of the silicon, and the recovery rate of the pure silicon from which the antireflective coating film and the electrode material are removed is compared.

본 발명에서는 강화유리와 셀의 회수를 위하여 기초실험을 통해 선택한 트리클로로에틸렌(Trichloroethylene), o-디클로로벤젠(o-dichlorobenzene), 톨루엔(Toluene)등의 유기용매를 사용하였다. 수명이 오래되었거나 제조시 불량으로 판정된 태양전지 폐 모듈을 수급한 후에 수급된 태양전지 폐 모듈의 백시트를 물리적 힘으로 제거한 후, 상기 유기용매에 7~14일간 침지시키면 강화유리와 셀 사이로 유기용매가 침투되어 EVA가 부풀어 오른다. 이때 EVA가 부풀어 오르면 단단하게 접착되어 있던 강화유리와 셀이 분리가 되어 강화유리와 셀을 회수할 수 있다.In the present invention, an organic solvent such as trichloroethylene, o-dichlorobenzene, toluene, and the like selected through a basic experiment was used for recovery of the tempered glass and the cell. After supplying the old solar cell waste module which has been judged to be old or defective in manufacturing, the backsheet of the solar cell waste module received is removed by physical force, and then immersed in the organic solvent for 7 to 14 days to organic matter between the tempered glass and the cell. The solvent penetrates and the EVA swells. At this time, when the EVA swells, the tempered glass and the cell that are firmly bonded are separated, and the tempered glass and the cell can be recovered.

여러 가지 용매에 대하여 상기 폐 모듈을 48시간 동안 침지시켜 EVA를 제거한 기초 실험 결과는 아래 표 1과 같다. Basic experiment results of removing EVA by immersing the waste module for 48 hours in various solvents are shown in Table 1 below.

용매\침지시간Solvent immersion time 침지직후Immediately after dipping 30분30 minutes 2시간2 hours 3시간30분3 hours 30 minutes 24시간24 hours 48시간48 hours 2-propanol2-propanol 이상없음clear 이상없음clear 이상없음clear 이상없음clear 이상없음clear 이상없음clear 4-methyl-2-pentanone4-methyl-2-pentanone 약간팽창Swell slightly 약간팽창Swell slightly 약간팽창Swell slightly 약간팽창Swell slightly 약간팽창Swell slightly 약간팽창Swell slightly
petroleum benzene

petroleum benzene
약간팽창
(10ml의
용매의
양이 줄어듬)
Swell slightly
(10 ml
Solvent
Reduced amount)


약간팽창


Swell slightly


약간팽창


Swell slightly


약간팽창


Swell slightly

약간팽창
(시약모두
말라버림)

Swell slightly
(All reagents
Withered)

약간팽창
(시약모두
말라버림)

Swell slightly
(All reagents
Withered)
tetrahydro furantetrahydro furan 팽창->투명해짐Inflate-> Transparent 모두녹음Record all 모두녹음Record all 모두녹음Record all 모두녹음Record all 모두녹음Record all trichloro ethylenetrichloro ethylene 거의분해
(안보임)
Almost disassembled
(Invisible)
모두녹음Record all 모두녹음Record all 모두녹음Record all 모두녹음Record all 모두녹음Record all

toluene

toluene
거의 녹아서
바닥에 붙음
(투명)
Almost melted
Stick to the floor
(Transparency)

모두녹음

Record all

모두녹음

Record all

모두녹음

Record all

모두녹음

Record all

모두녹음

Record all
o-dichloro benzeneo-dichloro benzene 팽창->투명해짐Inflate-> Transparent 거의녹음Almost recorded 모두녹음Record all 모두녹음Record all 모두녹음Record all 모두녹음Record all glyceringlycerin 변화없음No change 변화없음No change 변화없음No change 변화없음No change 변화없음No change 변화없음No change acetoneacetone 변화없음No change 변화없음No change 변화없음No change 변화없음No change 변화없음No change 변화없음No change ethylalcoholethylalcohol 변화없음No change 변화없음No change 변화없음No change 변화없음No change 변화없음No change 변화없음No change

상기 기초실험에서 사용된 EVA의 크기는 5×30×0.5mm, 유기용매의 양은 10ml이며, 온도는 실온에서 수행하였다. 실험결과를 통해 알 수 있듯이, 테트라히드로퓨란(Tetrahydrfuran), 트리클로로에틸렌(Trichloroethylene), o-디클로로벤젠(o-dichlorobenzene), 톨루엔(Toluene) 등이 EVA 제거를 위해 효율적인 용매들임을 알 수 있다.The size of EVA used in the basic experiment was 5 × 30 × 0.5 mm, the amount of organic solvent was 10 ml, and the temperature was performed at room temperature. As can be seen from the experimental results, it can be seen that tetrahydrfuran, trichloroethylene, o-dichlorobenzene, and toluene are efficient solvents for EVA removal.

상기 기초실험에 의해 선택된 트리클로로에틸렌(Trichloroethylene), o-디클로로벤젠(o-dichlorobenzene) 또는 톨루엔(Toluene)은 EVA를 분해하여 녹이거나 팽창시키는 성질을 가지고 있다. 따라서 상기의 유기용매에 태양전지 폐 모듈을 침지하게 되면 유기용매가 강화유리와 셀 사이로 침투하게 되어 EVA를 녹이거나 팽창시킨다. 이때 EVA가 녹는 부분은 강화유리와 셀이 닿지 않는 비 가교(Non-Cross linking) 부분이며 팽창되는 부분은 셀과 강화유리가 맞닿는 가교(Cross linking) 부분이다. 첨부한 도 3은 EVA의 분자구조와 EVA의 Non-Cross linking 및 Cross linking 부분을 그림으로 나타낸 것이다. Trichloroethylene, o-dichlorobenzene, or toluene, selected by the basic experiment, has a property of decomposing and dissolving or expanding EVA. Therefore, when the solar cell waste module is immersed in the organic solvent, the organic solvent penetrates between the tempered glass and the cell to melt or expand the EVA. At this time, the part where EVA melts is a non-cross linking part where the tempered glass and the cell do not touch, and the part that is expanded is a cross linking part where the cell and the tempered glass contact. FIG. 3 shows the molecular structure of EVA and non-cross linking and cross linking of EVA.

상기 방법으로 EVA를 부풀어 오르게 한 후 강화유리를 먼저 회수하고, 강화유리가 제거된 부풀어 오른 EVA가 붙어 있는 셀은 불활성분위기, 500~700℃의 로(爐)에서 EVA를 열분해하여 제거함으로 셀을 회수한다. 최종으로 회수된 셀은 무반사 코트막과 전극물질을 선택적으로 녹일 수 있는 혼산용매를 제조하여 상기 혼산용매에 침지 하였다.After swelling the EVA by the above method, the tempered glass is recovered first, and the cell with the swelled EVA removed from the tempered glass is in an inert atmosphere, and the cell is removed by pyrolyzing the EVA in a furnace at 500 to 700 ° C. Recover. Finally, the recovered cell was prepared by mixing a mixed acid solvent capable of selectively dissolving an antireflective coating film and an electrode material, and immersing the mixed acid solvent.

상기 혼산용매는 질산(Nitric acid), 불산(Hydro fluoric acid), 황산(Sulfuric acid), 초산(Acetic acid) 등 4가지의 산을 선택하여 제조한다. 그리고 회수율을 증가시키기 위해 계면활성제를 사용하였는데, 상기 계면활성제의 종류는 특별히 한정하지 않으며 양이온성 계면활성제, 음이온성 계면활성제, 양성 계면활성제 또는 비이온성 계면활성제가 사용될 수 있다.The mixed acid solvent is prepared by selecting four acids such as nitric acid, nitric acid, hydrofluoric acid, sulfuric acid, and acetic acid. And the surfactant was used to increase the recovery rate, the type of the surfactant is not particularly limited and may be used cationic surfactant, anionic surfactant, amphoteric surfactant or nonionic surfactant.

계면활성제의 유무에 따른 실리콘 회수율을 살펴보기 위해 총 2가지의 조성으로 혼산용매를 제조한다. 제1혼산용매는 질산, 불산, 황산, 초산 등 4가지 산을 모두 혼합하여 제조하고 여기에 상기 혼합액 전체 체적의 20~30%에 해당하는 계면활성제를 추가하여 제조한 혼합용매이다. 한편, 제2혼산용매는 상기 제1혼산용매에서 계면활성제를 추가하지 않고 4가지 산으로만 제조하였다.In order to examine the recovery rate of silicon depending on the presence or absence of a surfactant, a mixed acid solvent is prepared in two compositions. The first mixed acid solvent is a mixed solvent prepared by mixing all four acids such as nitric acid, hydrofluoric acid, sulfuric acid, and acetic acid, and adding a surfactant corresponding to 20 to 30% of the total volume of the mixed solution. On the other hand, the second mixed acid solvent was prepared with only four acids without adding a surfactant in the first mixed acid solvent.

각 혼산용매의 제조가 완료되면, 회수된 셀을 두 종류의 혼산용매에 각각 침지시킨다. 이때, 상기 회수된 셀은 각 혼산용매마다 각각 침지시간을 달리하여 침지시키고, 이를 통해 셀에서 무반사 코트막과 전극물질을 제거함과 동시에 실리콘을 최대로 회수할 수 있는 최적의 시간을 결정한다.When the preparation of each mixed acid solvent is completed, the recovered cells are immersed in two kinds of mixed acid solvents, respectively. At this time, the recovered cell is immersed by varying the immersion time for each mixed acid solvent, thereby determining the optimum time to remove the antireflective coating film and the electrode material from the cell and at the same time recover the maximum silicon.

정해진 시간 동안 상온의 혼산용매에 침지된 셀에서 무반사 코트막과 전극물질이 녹아 순수한 실리콘만 남게 되면 이를 회수하여 증류수로 겉표면에 묻어 있는 혼산용매를 모두 세척한다.When the antireflective coating film and the electrode material are dissolved in a cell immersed in a mixed acid solvent at room temperature for a predetermined time, only pure silicon is recovered, and all mixed acid solvents on the surface are washed with distilled water.

다음, 회수된 실리콘의 무게를 각각 측정하고, 무반사 코트막과 전극물질 그리고 혼산용매 침지시간에 따라 녹아들어간 실리콘이 포함된 혼산용액에 녹아있는 실리콘을 ICP 분석을 통하여 ppm 단위로 분석하여, 혼산용매에 넣었던 초기 실리콘의 양을 산출한다. 이로써 혼산용매에 함유된 산의 종류와 셀의 침지시간에 따른 실리콘의 회수율을 비교 평가하여 셀에서 순수한 실리콘을 최대로 회수하기 위한 최적의 혼산용매의 조성과 셀의 침지시간을 결정한다.Next, the weight of the recovered silicon was measured, and the silicon dissolved in the mixed acid solution containing silicon dissolved according to the anti-reflective coating film, the electrode material, and the mixed acid solvent immersion time was analyzed in ppm units through ICP analysis. Calculate the amount of initial silicon you put in. Thus, by evaluating the recovery rate of silicon according to the type of acid contained in the mixed acid solvent and the cell immersion time to determine the optimal composition of the mixed acid solvent and the immersion time of the cell for the maximum recovery of pure silicon in the cell.

본 발명에서는 최적의 실리콘 회수 비교를 위한 혼산용매를 결정하기 위하여 제1혼산용매, 제2혼산용매 2 종류의 혼산용매를 제조한다. 4가지 산을 모두 사용하고 계면활성제를 추가한 제1혼산용매는 증류수 60 ~ 70 중량%, 질산 20 ~ 30 중량%, 불산 5 ~ 10 중량%가 혼합되고 상기 증류수, 질산 및 불산의 혼합액 100 중량부에 대하여 황산 3 ~ 7 중량부 및 초산 3 ~ 7 중량부가 더 혼합된다. 여기에 총 체적의 20~30%에 해당하는 계면활성제를 추가하여 제조하였다.In the present invention, in order to determine the mixed acid solvent for the optimum comparison of silicon recovery, two types of mixed acid solvents, a first mixed solvent and a second mixed solvent, are prepared. The first mixed acid solvent using all four acids and adding a surfactant is mixed with 60 to 70% by weight of distilled water, 20 to 30% by weight of nitric acid and 5 to 10% by weight of hydrofluoric acid, and 100% by weight of the mixture of distilled water, nitric acid and hydrofluoric acid. 3 parts by weight of sulfuric acid and 3 to 7 parts by weight of acetic acid are further mixed with respect to the part. It was prepared by adding a surfactant corresponding to 20 to 30% of the total volume.

한편, 제2혼산용매는 계면활성제에 따른 실리콘 회수율의 비교를 위하여 제1혼산용매에서 추가로 첨가하였던 체적의 20~30%에 해당하는 계면활성제를 첨가하지 않고 오직 산으로만 혼합하여 제조한다.On the other hand, the second mixed acid solvent is prepared by mixing only the acid without adding a surfactant corresponding to 20 to 30% of the volume additionally added in the first mixed acid solvent in order to compare the recovery rate of the silicon according to the surfactant.

본 발명은 상기와 같은 과정을 통하여 강화유리(14)와 EVA(12)가 제거된 태양전지 모듈의 태양전지 셀(11)로부터 순수한 실리콘 회수를 위한 최적의 방법을 제공한다.
The present invention provides an optimal method for pure silicon recovery from the solar cell 11 of the solar cell module from which the tempered glass 14 and the EVA 12 are removed through the above process.

이하, 본 발명에 따른 실시예와 비교예의 구체적으로 대비한 비교데이터를 통해 본 발명의 효과를 설명하도록 한다. 다만, 본 발명의 권리범위는 하기 실시예에 한정되는 것은 아니고 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 해석된다.
Hereinafter, the effect of the present invention will be described through comparison data specifically prepared in Examples and Comparative Examples according to the present invention. However, the scope of the present invention is not limited to the following examples and can be easily inferred without departing from the spirit and scope of the present invention is construed as belonging to the scope of the present invention.

실시예Example 1 One

수급된 태양전지 폐 모듈을 상기 선택한 유기용매에 7~14일간 침지하여 EVA의 부풀어 오름을 이용해 셀과 분리된 강화유리를 먼저 회수한다. 강화유리가 제거된 부풀어 오른 EVA가 붙어 있는 셀은 불활성분위기, 600℃의 로(爐)에서 EVA를 열분해하여 제거하고 셀을 회수한다. 최종적으로 회수된 셀은 무반사 코트막과 전극물질을 제거하고 순수한 실리콘을 얻기 위해 다음과 같이 제조된 혼산용매에 침지한다.The supplied solar cell waste module is immersed in the selected organic solvent for 7-14 days to recover the tempered glass separated from the cell by using the swelling of EVA. Cells with swelled EVA removed from tempered glass are pyrolyzed to remove EVA in an inert atmosphere at 600 ° C and the cells are recovered. Finally, the recovered cell is immersed in a mixed acid solvent prepared as follows to remove the antireflective coating film and electrode material and obtain pure silicon.

증류수 70 중량%, 질산 20 중량%, 불산 10 중량%를 혼합하여 혼합액을 제조하고, 이 혼합액 100 중량부에 대하여 황산 5 중량부와 초산 5 중량부를 더 혼합한 혼산용매를 제조한 뒤, 상기 혼산용매 총 체적의 20%에 해당하는 계면활성제를 추가로 첨가하여 제1혼산용매를 제조하였다. 본 실시예에서 사용한 계면 활성제는 CMP-MO2(관동화학)이다.A mixed solution was prepared by mixing 70% by weight of distilled water, 20% by weight of nitric acid and 10% by weight of hydrofluoric acid, and a mixed acid solvent was further prepared by mixing 5 parts by weight of sulfuric acid and 5 parts by weight of acetic acid with respect to 100 parts by weight of the mixed solution. A first mixed solvent was prepared by further adding a surfactant corresponding to 20% of the total volume of the solvent. The surfactant used in this example is CMP-MO2 (Kanto Chemical).

제조한 상기 제1혼산용매에 앞서 회수한 셀을 60분 동안 실온에서 침지하였다. 침지시킨 후 일정 시간이 경과하자 제1혼산용매에서 셀이 거품을 내며 반응을 시작하였으며, 60분 후 핀셋을 이용하여 무반사 코트막과 전극물질이 녹아 제거된 순수한 실리콘을 꺼내어 증류수에 씻고 실온에서 말렸다.The cells recovered before the first mixed acid solvent prepared were immersed at room temperature for 60 minutes. After a certain period of time, the cell started to bubble with the first mixed solvent, and after 60 minutes, the pure silicon removed by dissolving the antireflective coating film and electrode material was removed using tweezers, washed in distilled water, and dried at room temperature. .

회수한 실리콘의 표면의 증류수를 모두 말린 다음 무반사 코트막과 전극물질이 모두 제거되었는지 육안으로 확인하고 무게를 측정한다.Dry all the distilled water on the surface of the recovered silicon and visually check that both the antireflective coating film and the electrode material have been removed and weigh.

다음, 태양전지 셀을 침지시켜 무반사 코트막과 전극물질 및 실리콘의 일부가 녹아있는 제1혼산용액의 무게를 재고 ICP 분석을 마친 후, 회수된 실리콘의 무게와 제1혼산용액 속에 녹아있는 실리콘의 양을 이용하여 실리콘 회수율을 계산하였다.
Next, after immersing the solar cell to weigh the first mixed solution in which the antireflective coating film, the electrode material, and a portion of the silicon are dissolved, and after ICP analysis, the weight of the recovered silicon and the dissolved silicon in the first mixed solution The amount was used to calculate the silicon recovery.

실시예Example 2 2

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실리콘을 회수하되, 제1혼산용매 내 셀의 침지시간을 50분으로 달리하였다.
The silicon was recovered in the same manner as in Example 1, but the immersion time of the cells in the first mixed solvent was changed to 50 minutes.

실시예Example 3 3

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실리콘을 회수하되, 제1혼산용매 내 셀의 침지시간을 40분으로 달리하였다.
The silicon was recovered in the same manner as in Example 1, but the immersion time of the cells in the first mixed solvent was changed to 40 minutes.

실시예Example 4 4

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실리콘을 회수하되, 제1혼산용매 내 셀의 침지시간을 30분으로 달리하였다.
The silicon was recovered in the same manner as in Example 1, but the immersion time of the cells in the first mixed solvent was changed to 30 minutes.

실시예Example 5 5

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실리콘을 회수하되, 제1혼산용매 내 셀의 침지시간을 20분으로 달리하였다.
The silicon was recovered in the same manner as in Example 1, but the immersion time of the cells in the first mixed solvent was changed to 20 minutes.

실시예Example 6 6

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실리콘을 회수하되, 제1혼산용매 내 셀의 침지시간을 10분으로 달리하였다.
The silicon was recovered in the same manner as in Example 1, but the immersion time of the cells in the first mixed solvent was changed to 10 minutes.

비교예Comparative example 1 One

증류수 70 중량%, 질산 20 중량%, 불산 10 중량%를 혼합하여 혼합액을 제조하고, 이 혼합액 100 중량부에 대하여 황산 5 중량부와 초산 5 중량부를 더 혼합하여 제2혼산용매를 제조하였다.A mixed liquid was prepared by mixing 70% by weight of distilled water, 20% by weight of nitric acid and 10% by weight of hydrofluoric acid, and 5 parts by weight of sulfuric acid and 5 parts by weight of acetic acid were further mixed with 100 parts by weight of the mixture to prepare a second mixed solvent.

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실리콘을 회수하되, 계면활성제를 추가하지 않은 상기 제2혼산용매를 이용한 것을 달리하였다.
The silicon was recovered in the same manner as in Example 1, except that the second mixed solvent using no surfactant was used.

비교예Comparative example 2 2

상기 실시예 2와 동일한 방법으로 실리콘을 회수하되, 계면활성제를 추가하지 않은 제2혼산용매를 이용한 것을 달리하였다.
The silicon was recovered in the same manner as in Example 2, except that a second mixed acid solvent without adding a surfactant was used.

비교예Comparative example 3 3

상기 실시예 3과 동일한 방법으로 실리콘을 회수하되, 계면활성제를 추가하지 않은 제2혼산용매를 이용한 것을 달리하였다.
The silicon was recovered in the same manner as in Example 3, except that a second mixed acid solvent without adding a surfactant was used.

비교예Comparative example 4 4

상기 실시예 4와 동일한 방법으로 실리콘을 회수하되, 계면활성제를 추가하지 않은 제2혼산용매를 이용한 것을 달리하였다.
The silicon was recovered in the same manner as in Example 4, except that a second mixed acid solvent without adding a surfactant was used.

비교예Comparative example 5 5

상기 실시예 5와 동일한 방법으로 실리콘을 회수하되, 계면활성제를 추가하지 않은 제2혼산용매를 이용한 것을 달리하였다.
The silicon was recovered in the same manner as in Example 5, except that a second mixed acid solvent without adding a surfactant was used.

비교예Comparative example 6 6

상기 실시에 6과 동일한 방법으로 실리콘을 회수하되, 계면활성제를 추가하지 않은 제2혼산용매를 이용한 것을 달리하였다.
Recovering the silicon in the same manner as in Example 6, but using a second mixed acid solvent without adding a surfactant.

상기 실시예 1 ~ 6과 비교예 1 ~ 6에 대한 ICP 분석 결과는 아래 표 2와 같다. 이 분석은 Jobin-Yvon Ultima-C Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometer(ICP-AES)에 의거한다.
ICP analysis results for Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 6 are shown in Table 2 below. This analysis is based on the Jobin-Yvon Ultima-C Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometer (ICP-AES).

시료명 \ 분석항목Sample Name \ Analysis Items Si (ppm)Si (ppm) 시료명 \ 분석항목Sample Name \ Analysis Items Si (ppm)Si (ppm) 실시예 1Example 1 19101910 비교예 1Comparative Example 1 12901290 실시예 2Example 2 24302430 비교예 2Comparative Example 2 12501250 실시예 3Example 3 26102610 비교예 3Comparative Example 3 15401540 실시예 4Example 4 14901490 비교예 4Comparative Example 4 10301030 실시예 5Example 5 14601460 비교예 5Comparative Example 5 601601 실시예 6Example 6 -- 비교예 6Comparative Example 6 --

상기 실시예 1 ~ 5에서는 무반사 코트막과 전극물질이 모두 제거된 순수한 실리콘을 얻었고, 표 3에 나타낸 바와 같이, 셀을 제1혼산용매에 20분 동안 침지한 실시예 5에서 대략 85%의 가장 높은 실리콘 회수율을 관찰하였다.In Examples 1 to 5, pure silicon obtained by removing both of the antireflective coating film and the electrode material was obtained. As shown in Table 3, approximately 85% of the samples were immersed in the first mixed solvent for 20 minutes in the first mixed solvent. High silicon recovery was observed.

그리고, 셀을 제2혼산용매에 20분동안 침지한 비교예 5에서도 80%의 비교적 우수한 실리콘 회수율을 보였다. 반면 침지시간을 10분으로 한 실시예 6과 비교예 6에서는 무반사 코트막과 전극물질이 완전히 제거되지 않은 것을 관찰할 수 있었다. 따라서 태양전지 셀을 혼산용매에 침지시키는 시간은 20분 ~ 60분 정도로 결정할 수 있다. 표 3은 각 혼산용매와 침지시간에 따른 실리콘 회수율을 나타내고 있다. 여기에서 혼산용액은 상기 제1혼산용매 또는 제2혼산용매에 무반사 코트막과 전극 물질 및 실리콘의 일부가 녹아 있는 용액을 말한다.
In addition, Comparative Example 5 in which the cell was immersed in the second mixed solvent for 20 minutes showed a relatively good recovery of silicon of 80%. On the other hand, in Example 6 and Comparative Example 6 having a immersion time of 10 minutes, it was observed that the antireflective coating film and the electrode material were not completely removed. Therefore, the time for immersing the solar cell in the mixed acid solvent can be determined about 20 minutes to 60 minutes. Table 3 shows the recovery rate of silicon with each mixed solvent and immersion time. Here, the mixed acid solution refers to a solution in which an antireflective coating film, an electrode material, and a part of silicon are dissolved in the first mixed acid solvent or the second mixed acid solvent.


시료명

Name of sample
회수된
Si(mg)
Recovered
Si (mg)
혼산용액
무게
Mixed acid solution
weight
혼산용액속에
녹아있는
In mixed acid solution
Melted
회수율
(%)
Recovery
(%)
Si(ppm)Si (ppm) Si(mg)환산Si (mg) conversion 실시예 1Example 1 283.6283.6 73.29073.290 12901290 94.5494.54 7575 비교예 1Comparative Example 1 210210 62.78062.780 19101910 119.9119.9 63.6563.65 실시예 2Example 2 256.3256.3 73.07073.070 12501250 91.3391.33 73.7273.72 비교예 2Comparative Example 2 258.5258.5 63.24063.240 24302430 153.67153.67 62.7262.72 실시예 3Example 3 397397 72.86072.860 15401540 112.2112.2 7878 비교예 3Comparative Example 3 362.7362.7 62.96062.960 26102610 164.33164.33 68.868.8 실시예 4Example 4 402.8402.8 73.14073.140 10301030 75.3375.33 84.2584.25 비교예 4Comparative Example 4 294.9294.9 63.43063.430 14901490 94.5194.51 75.7375.73 실시예 5Example 5 292292 73.06073.060 601601 43.943.9 86.986.9 비교예 5Comparative Example 5 366.8366.8 63.94063.940 14601460 93.3593.35 79.7179.71

표 3의 결과에서 확인할 수 있는 바와 같이, 계면활성제를 첨가한 제1혼산용매의 경우 첨가하지 않은 제2혼산용매에 비해 대략 10%이상의 높은 실리콘 회수율을 보였다.As can be seen from the results of Table 3, the first mixed solvent added with the surfactant showed a higher silicon recovery of about 10% or more than the second mixed solvent without the addition.

계면활성제는 계면에 흡착하여 계면의 자유에너지를 낮추어 주어 계면의 성질을 현저히 변화시키는 물질이다. 화학적 구조로는 한 분자 내에 물과 친화성을 갖는 친수성기 및 오일과 친화성을 갖는 친유성기를 동시에 갖는 양 친매성 물질이다. 이러한 계면활성제는 세탁제, 유연제 등으로 사용된다. 계면활성제의 작용은 유화, 가용화, 분산, 세정, 소포, 기포, 대전 방지, 보습, 살균, 윤활 등 그 구조에 따라 다양한 기능을 가지고 있다.Surfactants are substances that adsorb on the interface to lower the free energy of the interface and significantly change the properties of the interface. Chemical structures are both lipophilic materials having both a hydrophilic group having affinity with water and a lipophilic group having affinity with oil in one molecule. Such surfactants are used as laundry agents, softeners and the like. The action of the surfactant has various functions depending on its structure such as emulsification, solubilization, dispersion, washing, defoaming, foaming, antistatic, moisturizing, sterilization, and lubrication.

본 실험에 사용된 계면활성제는 습윤(젖음), 침투(골고루 스며들게 함), 분산(떨어지고 부서지게 함), 보호(계면에 재부착하지 못하게 함) 작용을 함으로 셀에 붙어 있는 무반사 코트막과 전극물질이 좀 더 쉽게 제거될 수 있도록 하는 역할을 수행한다. 따라서 계면활성제를 첨가한 제1혼사용매와 계면활성제를 첨가하지 않은 제2혼산용매의 경우 같은 시간 동안 셀을 침지하였지만 실리콘회수율에서 차이를 보였다. 얻어진 결과에 따라 계면활성제가 실리콘의 회수율에 영향을 끼침을 관찰할 수 있다. 첨부한 도 2는 셀 표면과 제거 물질(무반사 코트막) 사이에서 계면 활성제를 사용하였을 경우의 일반적인 분리 메커니즘을 개략적으로 보여주고 있다.The surfactants used in this experiment are anti-reflective coatings and electrodes that adhere to the cell by moistening (wetting), penetrating (evenly infiltrating), dispersing (dropping and breaking), and protecting (not reattaching to the interface). It serves to make it easier to remove the material. Therefore, the first mixed solvent with the surfactant and the second mixed solvent without the surfactant were immersed in the cell for the same time, but showed a difference in the silicon recovery rate. According to the obtained result, it can be observed that surfactant influences the recovery rate of silicone. The accompanying Figure 2 schematically shows a general separation mechanism when a surfactant is used between the cell surface and the removal material (antireflective coating).

이와 같이 본 발명은 태양전지 폐 모듈에서 강화유리와 실리콘의 효율적인 회수법을 제시한다. EVA 분해 기초실험을 통하여 EVA가 가장 잘 부풀어 오를 수 있는 유기용매를 선택하였고, 회수된 셀을 침지시켰던 혼산용액의 ICP 분석을 통해 혼산용액 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 선택하였다. 또한, 실리콘의 회수율이 가장 우수한 최적 혼산용매의 조성에 따라 본 발명의 실리콘 회수를 위한 혼산용매를 혼합 조성하여 사용하게 되며, 상기 혼산용매에 계면활성제를 첨가하여 사용함으로 실리콘 회수율을 증가시켰다.As such, the present invention provides an efficient recovery method of tempered glass and silicon in the solar cell waste module. The EVA decomposition basic experiment was used to select the organic solvent that EVA can swell best, and the ICP analysis of the mixed acid solution in which the recovered cell was immersed to determine the amount of silicon in ppm and the amount of silicon recovered in the mixed acid solution. The mixed recovery solvent and the mixed acid immersion time were selected for the optimum recovery of silicon by comparing and evaluating the recovery rate of each mixed acid solvent and the mixed acid immersion time. In addition, the mixed acid solvent for recovering silicon of the present invention is mixed and used according to the composition of the optimum mixed acid solvent having the best recovery rate of silicon, and the silicon recovery is increased by adding a surfactant to the mixed acid solvent.

이상에서는 본 발명의 특정에 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.
In the above described and described with respect to specific preferred embodiments of the present invention, the present invention is not limited to these embodiments, and those of ordinary skill in the art claim of the present invention to which the invention belongs It includes all the various forms of embodiments that can be implemented without departing from the spirit.

11 : 태양전지 셀 12 : EVA(Ethylene Vinyl Accetate)
13 : 백시트 14 : 강화유리
15 : 단자함 16 : 프레임
11 solar cell 12 EVA (Ethylene Vinyl Accetate)
13: backsheet 14: tempered glass
15: terminal box 16: frame

Claims (4)

a) 태양전지 폐 모듈에서 EVA(Ethylene Vinyl Accetate)의 부풀어 오름 현상을 이용하여 셀을 회수하기 위해 상기 폐 모듈을 유기용매에 침지하는 단계;
b) EVA의 부풀어 오름에 의해 셀과 분리된 강화유리를 먼저 회수하는 단계;
c) 강화유리가 제거된 부풀어 오른 EVA에 붙어 있는 셀을 불활성분위기, 500~700℃의 로(爐)에서 EVA를 열분해하여 제거하고 셀을 회수하는 단계;
d) 증류수, 질산, 불산, 황산 및 초산을 혼합하여 혼산용매를 제조하고 상기 혼산용매에 계면활성제를 추가 혼합한 혼합용매를 제조하는 단계;
e) 상기 제조된 혼합용매에 상기 c) 단계에서 회수된 셀을 침지시간을 변화시켜가며 침지시켜 가장 높은 실리콘 회수율을 얻는 침지시간을 검출하는 단계;
f) 상기 검출된 최적의 침지시간에 따라 상기 회수된 셀을 상기 혼합용매에 침지시켜 무반사 코트막과 전극 물질을 녹이는 단계;
g) 상기 혼합용매에 침지된 셀에서 무반사 코트막과 전극 물질이 제거된 순수한 실리콘을 회수하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 폐 모듈에서의 실리콘 회수 방법.
a) immersing the waste module in an organic solvent to recover the cell by using the swelling phenomenon of ethylene vinyl accelerator (EVA) in the solar cell waste module;
b) first recovering the tempered glass separated from the cell by swelling of the EVA;
c) thermally decomposing EVA in a furnace at 500-700 ° C. to remove the cells attached to the expanded EVA from which the tempered glass was removed, and recovering the cells;
d) preparing a mixed solvent by mixing distilled water, nitric acid, hydrofluoric acid, sulfuric acid and acetic acid, and preparing a mixed solvent in which a surfactant is further mixed with the mixed acid solvent;
e) detecting the immersion time to obtain the highest recovery rate of silicon by immersing the cell recovered in the step c) by changing the immersion time in the prepared mixed solvent;
f) dissolving the recovered cell in the mixed solvent according to the detected optimal immersion time to dissolve the antireflective coating film and the electrode material;
g) recovering the pure silicon from which the antireflective coating film and the electrode material have been removed from the cell immersed in the mixed solvent;
Method for recovering silicon in the solar cell module, characterized in that it comprises a.
청구항 1에 있어서,
상기 a) 단계의 유기용매는 트리클로로에틸렌(Trichloroethylene), o-디클로로벤젠(o-dichlorobenzene) 또는 톨루엔(Toluene) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 태양전지 폐 모듈에서의 실리콘 회수 방법.
The method according to claim 1,
The organic solvent of step a) is trichloroethylene, o-dichlorobenzene (o-dichlorobenzene) or toluene (Toluene) characterized in that the silicon recovery method in the solar cell waste module, characterized in that any one.
청구항 1에 있어서,
상기 d) 단계의 혼산용매는 증류수 60 ~ 70 중량%, 질산 20 ~ 30 중량% 및 불산 5 ~ 10 중량%가 혼합되고, 상기 증류수, 질산 및 불산의 혼합액 100 중량부에 대하여 황산 3 ~ 7 중량부, 초산 3 ~ 7 중량부를 더 혼합한 용매인 것을 특징으로 하는 태양전지 폐 모듈에서의 실리콘 회수 방법.
The method according to claim 1,
The mixed acid solvent of step d) is mixed with 60 to 70% by weight of distilled water, 20 to 30% by weight of nitric acid and 5 to 10% by weight of hydrofluoric acid, and 3 to 7% by weight of sulfuric acid based on 100 parts by weight of the mixed solution of distilled water, nitric acid and hydrofluoric acid. Part, a method for recovering silicon in the solar cell waste module, characterized in that the solvent further mixed 3 to 7 parts by weight of acetic acid.
청구항 3에 있어서,
상기 d) 단계에서 추가 혼합되는 계면활성제의 양은 상기 증류수, 질산, 불산, 황산 및 초산으로 이루어진 혼산용매 전체 체적의 20~30%에 해당하는 것을 특징으로 하는 태양전지 폐 모듈에서의 실리콘 회수 방법.

The method according to claim 3,
The amount of the surfactant additionally mixed in the step d) corresponds to 20-30% of the total volume of the mixed acid solvent consisting of distilled water, nitric acid, hydrofluoric acid, sulfuric acid and acetic acid.

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