TW202017200A - 太陽能電池模組的回收方法(一) - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種太陽能電池模組的回收方法，該太陽能電池模組包含一太陽能電池板、一設於該太陽能電池板的其中一表面的蓋板、一設於該太陽能電池板反向該蓋板的另一表面的背板，及二分別夾設於該太陽能電池板與該蓋板，以及該太陽能電池板與該背板間的膠合層。該方法包含一第一拆解步驟及一第二拆解步驟，該第一拆解步驟利用將該太陽能模組置於一非極性溶劑中，並在壓力介於1~5Kg/cm2 的條件下，使該太陽能電池板與該背板分離，得到一第一拆解物，該第二拆解步驟將該第一拆解物置於溫度不小於100℃的水蒸氣環境或非極性溶劑的其中至少一者中，令該蓋板與該太陽能電池板分離。

Description

太陽能電池模組的回收方法(一)
本發明是有關於一種回收方法，特別是指太陽能電池模組的回收方法。
太陽能發電是一種綠色能源，尤其在能源缺乏的現代，發展太陽能發電更是一項重要的技術。目前利用光電轉換以產生電能的太陽能電池模組已相當普及且使用壽命長，為政府機關大力推動綠色能源之一，然而，太陽能電池模組雖然是一種相當環保的能源系統，但其中含有大量的重金屬，因此，廢棄的太陽能電池模組若無相關回收程序而隨意棄置，將造成環境嚴重汙染。
目前太陽能電池模組的回收方式有許多，例如使用高溫熱處理的方式，將夾設於背板與玻璃板間的膠合層(例如EVA，乙烯醋酸乙烯酯)燒除，或是利用化學溶劑將EVA膠層溶解，使背板與玻璃板可於電池板分離以進行後續回收程序，然而，利用熱處理方式分解太陽能電池模組時，要將EVA膠層完成燒除乾淨較為困難，且溫度過高將造成其中的電池板或背板損壞，而利用溶劑溶解EVA膠層的方式後續還須處理將EVA膠層溶解的溶劑，且上述方法且無法將EVA膠層回收再利用。
因此，本發明之目的，即在提供一種太陽能電池模組的回收方法。
於是，本發明太陽能電池模組的回收方法包含一第一拆解步驟及一第二拆解步驟。
該第一拆解步驟提供一太陽能模組，該太陽能模組包含一太陽能電池板、一設於該太陽能電池的其中一表面的可透光的蓋板、一設於該太陽能電池反向該蓋板的另一表面的背板，及二分別夾設於該太陽能電池板與該蓋板，以及該太陽能電池板與該背板之間的膠合層，將該太陽能模組置於一非極性溶劑，並在壓力介於1~5Kg/cm2 的條件下，使該太陽能電池板與該背板分離，得到一第一拆解物。
該第二拆解步驟是將該第一拆解物置於溫度不小於100℃的水蒸氣環境或非極性溶劑的其中至少一者中，令該蓋板與該太陽能電池板分離。
本發明之功效在於：利用在非極性溶劑或非極性蒸汽，以及水蒸汽的條件，使該等膠合層可在不溶解的前提下降低與不同材料間的黏性，而可與該背板、該玻璃板，及該太陽能電池板分離、回收，整體回收程序較為簡單且有利於後續該等膠合層的回收，達到整體太陽能模組皆可回收的功效。
配合參閱圖1及圖2，本發明太陽能電池模組的回收方法適用於拆解並回收一太陽能模組2。
該太陽能模組2包含一太陽能電池板21、一設於該太陽能電池板21的其中一表面且可透光的蓋板22、一設於該太陽能電池板21反向該蓋板22的另一表面的背板23，及二分別夾設於該太陽能電池板21與該背板23，以及該太陽能電池板21與該蓋板22間的膠合層24。其中，該太陽能電池板21包括一光電轉換層(圖未示)，及一形成於該光電轉換層的導電線路層(圖未示)，該光電轉換層可以是包含單晶、多晶、非晶等矽晶材料，或是其它可用於進行光電轉換的材料，該導電線路層可以是金屬、可導電的金屬氧化物等導電性佳的導電材料；該等膠合層24的材料則為太陽能電池常用之膠合材料，例如聚乙烯醋酸乙烯酯(Ethylene-vinyl acetate，EVA)、聚乙烯醇縮丁醛(Polyvinyl butyral，PVB)，或聚烯烴彈性體(Polyolefin elastomer，POE)。
該蓋板22選自可透光材料且不易受光影響的材料，例如玻璃；該背板23可以是由高分子材料，例如聚酯(PET)、聚氟乙烯(PVF)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚烯烴(POE)，或玻璃所構成，於本實施例中，該太陽能模組2的該蓋板22是以玻璃，該背板23是以聚氟乙烯(PVDF)高分子材料為例說明。
具體的說，該太陽能電池模組的回收方法的一第一實施例包含一第一拆解步驟31及一第二拆解步驟32。
該第一拆解步驟31是提供前述的該太陽能模組2，並將該太陽能模組2置於一由非極性溶劑，並在壓力介於1~5Kg/cm2 的條件，使該太陽能電池板21與該背板23分離，而得到一包含至少該太陽能電池板21及至少一膠合層24的第一拆解物300。
詳細地說，該第一拆解步驟中31是將該太陽能模組2置於一裝有非極性溶劑的一密閉容槽中，利用油浴或電熱等加熱方式加熱至大於該非極性溶劑的沸點令該非極性溶劑蒸發形成蒸汽並維持在預定的蒸汽壓(1~5Kg/cm2 )條件下約2~3小時。
該非極性溶劑可選自沸點不大於150℃的烷類或烯類，其中，該烷類可選自但不限於戊烷、辛烷、己烷，該烯類可選自但不限於環己烯、辛烯、壬烯。藉由高壓令非極性蒸氣分子滲入該等膠合層24中，以破壞等膠合層24與高分子材料間的鍵結，使該膠合層24與該背板23的黏著性減低，因此該太陽能模組2中的該背板23會先與相鄰的該膠合層24分離。
較佳地，該非極性溶劑是選自沸點介於30℃~120℃的烷類或烯類，且壓力介於1~4kg/cm2 。
於該第一實施例中，該非極性溶劑是以己烷為例，利用油浴加熱方式加熱至約70~80℃、蒸汽壓約介於2~4kg/cm2 並持溫2.5小時，而得到包含該背板23，及黏結於該太陽能電池板21的兩相反表面的膠合層24及黏結於其中一膠合層24的蓋板22(蓋板22/膠合層24/太陽能電池板21/膠合層24)的組合該第一拆解物300。
該第二拆解步驟32是將該第一拆解物300的蓋板22/膠合層24/太陽能電池板21/膠合層24的組合置於溫度不小於100℃的水蒸氣環境或非極性溶劑的其中至少一者中，令該蓋板22與該太陽能電池板21分離。
具體地說，該第二拆解步驟32包含兩個次步驟，第一次步驟是利用高壓蒸氣進行該蓋板22的拆離，該第二次步驟則是於非極性溶劑中配合微波進行該太陽能電池板21與該等膠合層24的分離。
具體的說，該第一次步驟是將該蓋板22/膠合層24/太陽能電池板21/膠合層24的組合置於120至190℃，且蒸汽壓介於1~10kg/cm2 的水蒸氣環境中約1~12小時，藉由高壓水蒸氣破壞該膠合層24與玻璃之間的鍵結，降低該膠合層24與該蓋板22之間的附著性，將該蓋板22與相鄰的該膠合層24分離，而得到包含拆離後的該蓋板22，以及與黏結於該太陽能電池板21的兩相反表面的膠合層24(膠合層24/太陽能電池板21/膠合層24)的組合的第二拆解物301。
接著，進行第二次步驟，將該第二拆解物301的該膠合層24/太陽能電池板21/膠合層24的組合置於一沸點溫度大於150℃的非極性溶劑中，並利用微波加熱至令該太陽能電池板21的該導電線路層的溫度不小於該等膠合層24的裂解溫度(約450~500℃)，並持續微波加熱約1~5分鐘，使該等膠合層24與該導電線路層接合的介面因高溫裂解而喪失黏性，從而使該太陽能電池板21與該等膠合層24分離，而可將該等膠合層24回收。利用微波可較快使該等膠合層24與該太陽能電池板21分離，因此，能縮短太陽能模組2的拆解時間，而可使整體回收程序較有效率。
要說明的是前述該第一次步驟與第二次步驟僅為區別不同步驟，並無順序區隔。實際實施時也可以是先實施第二次步驟，再將含有該蓋板22與該膠合層24的組合物利用該第一次步驟拆解即可。
由於微波不會使非極性溶劑升溫，但當該太陽能電池板21的導電線路層於受到微波作用時，會因為電弧產生高溫，因此，本發明利用微波作用於該導電線路層，令該導電線路層的溫度可達到該等膠合層24的裂解溫度(約450~500℃)，使該等膠合層24與該導電線路層接合的介面因高溫裂解而喪失黏性，從而使該太陽能電池板21與該等膠合層24分離，並同時利用該非極性溶劑作為散熱介質，令該導電線路層的高溫可藉由非極性溶劑進行散熱，以避免因持續微波造成溫度過高的問題。
較佳地，該非極性溶劑可選自沸點大於150℃的烷類或烯類，該烷類可選自但不限於辛烷、壬烷、癸烷，該烯類可選自但不限於辛烯、壬烯、十八碳烯等非極性溶劑。
於該實施例中，該第二次步驟的非極性溶劑是以十八碳烯(Octadecene，ODE，沸點314℃)為例，將該膠合層24/太陽能電池板21/膠合層24的組合置於該十八碳烯溶液中，利用功率設定為200w的微波加熱約2分鐘進行拆解，而可令該太陽能電池板21與該等膠合層24分離。
本發明太陽能電池模組的回收方法的該實施例利用非極性溶劑蒸汽對膠合層24滲透性佳且溶解性較低的特性並輔以壓力，令非極性溶劑分子滲透至該等膠合層24與該背板23之間，破壞膠合層24與高分子背板23的鍵結以降低黏性而可將該背板23拆離；再利用水蒸氣令極性水分子滲透至該等膠合層24與極性材料(蓋板22、太陽能電池板21)的接合介面，破壞膠合層24與極性材料之間的親合力以降低黏性而將該蓋板22與太陽能電池板21分離，並利用微波及非極性溶劑配合，讓微波直接作用於太陽能電池板21的該導電線路層產生可裂解膠合層24的高溫，而令該膠合層24與太陽能電池板21分離，因此，於整體拆解分離過程不會溶解該等膠合層24，而可在拆解該太陽能模組2後得到較完整的該等膠合層24，有利於後續回收再利用。此外，由於該等膠合層24不會溶解於該非極性溶劑或是水蒸氣，因此，使用後的溶劑不需再經額外程序去除溶解的膠合材料，可減少該太陽能模組回收的程序，且可達環保的功效。
要再說明的是，本發明該太陽能電池模組的回收方法的各實施例均可再包含一背板回收步驟、一玻璃板回收步驟，及一電池回收步驟的至少其中一步驟，以進一步將拆離後的該背板23、蓋板22、及該太陽能電池板21回收。
該背板回收步驟是將拆解該太陽能模組2後所得的該背板23，利用有機鹼類溶劑分解後回收，該有機鹼類溶劑可選自但不限於選自辛胺(Octylamine)或油胺(Oleylamine)。
該玻璃板回收步驟，是將拆解該太陽能模組2後所得的該蓋板22利用液態烯類去除表面殘膠，並以水清洗後回收該玻璃板22。其中，該液態烯類可選自但不限於辛烯、壬烯、十八碳烯。
該電池回收步驟是將拆解該太陽能模組2後所得的該太陽能電池板21，利用液態烯類去除表面殘膠後浸置於一酸液中，使該太陽能電池板21中的該導電線路層溶解於該酸液中，而將該矽晶層與該導電線路層分離以進行後續矽晶層回收程序，其中，該酸液可選自但不限於硫酸或硝酸。
要說明的是，上述該玻璃回收步驟、該背板回收步驟，及該電池回收步驟的回收程序及相關藥品為此領域相關技術人員所習知，故在此不再多加贅述。
綜上所述，本發明太陽能電池模組的回收方法利用壓力輔以非極性蒸汽與水蒸氣，而可令非極性分子與水蒸氣分子滲透至該背板23及該蓋板22與膠合層24間的介面，破壞膠合層24與高分子背板23以及膠合層24與玻璃蓋板22間的鍵結，而可令該背板23及該蓋板22與該太陽能電池板21分離，此外，再利用微波搭配非極性溶劑，利用微波作用於該導電線路層產生的高溫使該等膠合層24與該導電線路層接合的介面因高溫裂解而喪失黏性，而進一步將該太陽能電池板21與該等對該等膠合層24分離。由於在拆解過程中均不會溶解該等膠合層24，因此，可在該太陽能模組2拆解後得到較完整的該等膠合層24，有利於後續回收再利用。此外，由於該等膠合層24不會溶解於該非極性溶劑或是水蒸氣，因此，使用後的溶劑不需再經額外程序去除溶解的膠合材料，可減少該太陽能模組回收的程序，且可達環保的功效，而有利於膠合層24的回收再利用，故確實可達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
31:第一拆解步驟23:背板32:第二拆解步驟24:膠合層2:太陽能模組300:第一拆解物21:太陽能電池板301:第二拆解物22:蓋板
本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一文字流程圖，說明本發明太陽能電池模組的回收方法的；一實施例；及 圖2是一流程示意圖，輔助說明圖1。
31:第一拆解步驟
32:第二拆解步驟

Claims (9)

  1. 一種太陽能電池模組的回收方法，包含： 一第一拆解步驟，提供一太陽能模組，該太陽能模組包含一太陽能電池板、一設於該太陽能電池的其中一表面的可透光的蓋板、一設於該太陽能電池反向該蓋板的另一表面的背板，及二分別夾設於該太陽能電池板與該蓋板，以及該太陽能電池板與該背板之間的膠合層，且該背板是高分子材料構成，將該太陽能模組置於一非極性溶劑，並在壓力介於1~5Kg/cm2 的條件下，使該太陽能電池板與該背板分離，得到一第一拆解物； 一第二拆解步驟，將該第一拆解物置於溫度不小於100℃的水蒸氣環境或非極性溶劑的其中至少一者中，令該蓋板與該太陽能電池板分離。
  2. 如請求項1所述太陽能電池模組的回收方法，其中，該第一拆解步驟是將該太陽能模組置於一含有沸點不大於150℃的非極性溶劑的密閉容槽中加熱，並於壓力介於1~4Kg/cm2 的條件進行，而將該背板與該太陽能電池板分離。
  3. 如請求項2所述太陽能電池模組的回收方法，其中，該非極性溶劑選自沸點介於30~120℃的烷類或烯類。
  4. 如請求項1所述太陽能電池模組的回收方法，其中，該太陽能電池板包括一矽晶層，及一形成於該矽晶層的導電線路層，該第二拆解步驟是將該第一拆解物置於一沸點溫度大於120℃的非極性溶劑中，並利用微波加熱方式至令該導電線路層的溫度不小於該等膠合層的裂解溫度，令該太陽能電池板與相鄰的該等膠合層分離，而令該蓋板與該太陽能電池板分離。
  5. 如請求項4所述太陽能電池模組的回收方法，其中，該非極性溶劑選自沸點大於150℃的烷類或烯類。
  6. 如請求項1所述太陽能電池模組的回收方法，其中，該第二拆解步驟是將該第一拆解物置於一含有高溫水蒸氣的密閉容器中，該水蒸氣溫度介於120至190℃，且蒸氣壓介於1~10Kg/cm2 ，而令該蓋板與該太陽能電池板分離。
  7. 如請求項1所述太陽能電池模組的回收方法，還包含一回收背板步驟，將分離後的該背板利用有機鹼類分解後回收。
  8. 如請求項1所述太陽能電池模組的回收方法，還包含一回收玻璃板步驟，將分離後的該玻璃板利用液態烯類去除表面殘膠並以水清洗後回收。
  9. 如請求項1所述太陽能電池模組的回收方法，其中，該太陽能電池板包括一矽晶層，及一形成於該矽晶層的金屬電路層，該太陽能電池模組的回收方法還包含一回收電池步驟，將去除該等膠合層後的該太陽能電池板利用液態烯類去除表面殘膠後浸置於一酸液中，使該導電線路層溶解於該酸液中，而將該矽晶層與該導電線路層分離並分別回收。
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