WO2023145343A1 - 光電変換パネルの素材回収方法及び光電変換パネル用の素材回収システム - Google Patents

光電変換パネルの素材回収方法及び光電変換パネル用の素材回収システム Download PDF

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WO2023145343A1
WO2023145343A1 PCT/JP2022/047552 JP2022047552W WO2023145343A1 WO 2023145343 A1 WO2023145343 A1 WO 2023145343A1 JP 2022047552 W JP2022047552 W JP 2022047552W WO 2023145343 A1 WO2023145343 A1 WO 2023145343A1
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WO
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specific gravity
photoelectric conversion
conversion panel
crushed
sorting
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PCT/JP2022/047552
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English (en)
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Inventor
秀樹 原田
Original Assignee
ソーラーフロンティア株式会社
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    • B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09B—DISPOSAL OF SOLID WASTE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B09B3/00—Destroying solid waste or transforming solid waste into something useful or harmless
    • B09B3/30—Destroying solid waste or transforming solid waste into something useful or harmless involving mechanical treatment
    • B09B3/35—Shredding, crushing or cutting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09B—DISPOSAL OF SOLID WASTE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B09B5/00—Operations not covered by a single other subclass or by a single other group in this subclass
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B09B—DISPOSAL OF SOLID WASTE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • 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
    • Y02W30/20—Waste processing or separation

Definitions

  • the present invention relates to a material recovery method and a material recovery system for recovering materials constituting a photoelectric conversion panel such as a solar cell panel.
  • Patent Document 1 discloses a method for recovering metal contained in a battery layer from a battery cell portion of a solar battery module.
  • a metal material that constitutes a battery layer is dissolved in a nitric acid solution and recovered in a dissolved state in the solution.
  • the metal In the recycling of photoelectric conversion panels, the metal is immersed in an etchant such as a nitric acid solution to be eluted, and the eluted metal is sometimes sold.
  • an etchant such as a nitric acid solution to be eluted
  • the usefulness of the metal as it is dissolved in an etchant such as a nitric acid solution may be low.
  • a photoelectric conversion panel material recovery method includes a crushing step of forming crushed objects by crushing a structure constituting a photoelectric conversion panel; and a specific gravity sorting step of separating based on the specific gravity into high specific gravity substances having a specific gravity greater than the first specific gravity.
  • a material recovery system for a photoelectric conversion panel includes a crushing unit that forms crushed objects by crushing a structure that constitutes a photoelectric conversion panel; and a specific gravity sorting unit for sorting based on specific gravity into objects and objects with high specific gravity having a specific gravity greater than the first specific gravity.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a photoelectric conversion module according to one embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic enlarged view enlarging a part of the photoelectric conversion element according to one embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a material recovery system for a photoelectric conversion panel according to one embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic side view of a gravity sorting unit according to one embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic top view of a gravity sorting unit according to one embodiment.
  • FIG. 6 is a flowchart of a material recovery method for a photoelectric conversion panel according to one embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a photoelectric conversion module according to one embodiment.
  • the photoelectric conversion module 10 has a photoelectric conversion panel 20 and a frame 30 surrounding the outer edge of the photoelectric conversion panel 20 .
  • a junction box and an output cable may be attached to the back surface of the photoelectric conversion module 10 as an outlet for power.
  • a sealing material 40 may be provided between the photoelectric conversion panel 20 and the frame 30 .
  • the material forming the sealing material 40 is not particularly limited, but examples thereof include resin materials such as polyethylene resins, fluorine resins, polystyrene resins, polyolefin resins, silicone resins, and butyl rubber.
  • the photoelectric conversion panel 20 may have a photoelectric conversion element 21 , a back protective layer 22 , a cover glass 23 , a first sealing layer 24 and a second sealing layer 25 .
  • the cover glass 23 may be, for example, a transparent or translucent glass layer.
  • the glass layer may consist of, for example, tempered glass.
  • the first sealing layer 24 is arranged between the photoelectric conversion element 21 and the cover glass 23 .
  • Examples of the material forming the first sealing layer 24 include ethylene vinyl acetate resin, polyethylene resin, fluorine resin, polystyrene resin, polyolefin resin, silicone resin, and butyl rubber.
  • the second sealing layer 25 is provided between the photoelectric conversion element 21 and the back protective layer 22 .
  • Materials constituting the second sealing layer 25 are not particularly limited, but examples thereof include ethylene vinyl acetate resin, polyethylene resin, fluorine resin, polystyrene resin, polyolefin resin, silicone resin, and butyl rubber.
  • the back side protective layer 22 is a protective layer that covers the back side of the photoelectric conversion panel 20 .
  • the back side protective layer 22 is provided on the back side of the second sealing layer 25 .
  • the material constituting the back protective layer 22 may be composed of, for example, PET resin, PVF (polyvinyl fluoride) resin, PVDF (polyvinylidene fluoride) resin, nylon resin, polyamide resin, or a combination thereof.
  • the back protective layer 22 may be composed of a metal sheet.
  • the photoelectric conversion element 21 is an element that converts light energy into electrical energy.
  • the photoelectric conversion element 21 may have any configuration capable of converting light energy into electrical energy. Examples of such an element include a crystalline photoelectric conversion element and a thin-film CIS type photoelectric conversion element.
  • Most of the crystalline photoelectric conversion elements have a structure using semiconductor silicon as a substrate.
  • a crystalline silicon-based photoelectric conversion device includes a plurality of battery cell units each made of a silicon substrate.
  • the battery cell portion contains metal materials such as copper and silver as electrode materials and wiring.
  • FIG. 2 is a schematic enlarged view enlarging a part of the photoelectric conversion element according to one embodiment.
  • FIG. 2 shows part of a photoelectric conversion element having so-called crystalline silicon.
  • This photoelectric conversion element 21 has a back electrode layer 21a, a silicon crystal layer 21b, an antireflection film 21c, and an electrode 21d.
  • Silicon crystal layer 21b may include an n-type layer and a p-type layer.
  • the antireflection film 21c is provided on the surface side of the silicon crystal layer 21b.
  • the antireflection film 21c may contain, for example, SiO2 , SiN, and/or TiO2 .
  • the electrode 21d is arranged on the surface side of the antireflection film 21c.
  • the electrode 21d may contain silver, for example.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a material recovery system for a photoelectric conversion panel according to one embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic side view of a gravity sorting unit according to one embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic top view of a gravity sorting unit according to one embodiment.
  • the photoelectric conversion panel material recovery system 100 can be used as a system for recovering materials from the photoelectric conversion panel 20 described above.
  • the material recovery system 100 may be a system for recovering materials from the photoelectric conversion panel 20 containing silicon (including silicon compounds; the same shall apply hereinafter).
  • the material recovery system 100 may, for example, process a structure from which a glass layer, such as a cover glass, has been removed from the photovoltaic panel 20 .
  • the material recovery system 100 may have a crushing unit 110 , an air sorting unit 120 , a specific gravity sorting unit 130 and a drying unit 140 .
  • the crushing unit 110 may have any structure as long as it can crush the structure that constitutes the photoelectric conversion panel 20 .
  • the crushing unit 110 forms crushed objects by crushing structures constituting the photoelectric conversion panel.
  • the crushing unit 110 may preferably crush the structures constituting the photoelectric conversion panel into small-diameter particles.
  • the structure that constitutes the photoelectric conversion panel 20 to be crushed may be the photoelectric conversion panel 20 itself or a structure obtained by removing the glass layer from the photoelectric conversion panel 20 .
  • the crushing unit 110 may include a first crushing unit 112 and a second crushing unit 115 .
  • the first crushing unit 112 is, for example, a uniaxial crusher that has a bit-shaped blade on the rotating shaft, and continuously crushes while biting the structure with the fixed blade. Depending on the structure, it may be a twin-screw crusher with large shear stress or a vertical crusher that continuously crushes until the size is less than the desired size while hitting with a hammer rotating at high speed.
  • the first crushing unit 112 is a uniaxial crusher with bead-shaped crushing teeth that is excellent in shape control of the work and does not shear and crush the structure compared to the second crushing unit 115 arranged further behind. can be
  • the second crushing unit 115 may be, for example, a uniaxial crusher that cuts with a rotating blade having a wide blade width and a fixed blade, or a shredder-type twin-shaft crusher.
  • the second crushing unit 115 may crush the workpieces crushed by the first crushing unit 112 into smaller particles.
  • the second crushing unit 115 is a uniaxial crusher that cuts with a rotary blade having a wide blade width and a fixed blade.
  • the second crushing unit 115 may be, for example, a mortar-type crusher having a disk-shaped rotatable upper plate and/or lower plate facing each other.
  • shear stress can be applied to the work by sandwiching the work between the rotating upper and lower plates and applying a mechanical force to the work.
  • the first sealing layer 24 and the second sealing layer 25 are separated from the photoelectric conversion element 21 more efficiently, and the antireflection film 21c and the silicon crystal layer 21b of the photoelectric conversion element 21 are separated and pulverized. becomes possible.
  • the crushing unit 110 includes a first crushing unit 112 and a second crushing unit 115 .
  • crushing unit 110 may include only one of first crushing unit 112 and second crushing unit 115, if possible.
  • the crushing unit 110 may include three or more types of crushing units.
  • the wind sorting unit 120 may have an accommodation space 122 and a wind generator 124 .
  • the wind sorting unit 120 may be a cyclone-type wind sorter that creates a swirling wind within the accommodation space 122 .
  • Cyclone-type air separators may be configured to separate small-grain materials from the crushed material crushed by crushing unit 110 .
  • the wind sorting unit 120 separates the crushed material crushed by the crushing unit 110 by wind force based on the weight and volume of the material in the crushed material.
  • the wind sorting unit 120 divides the crushed material crushed by the crushing unit 110 into a first material group having a relatively large grain size and specific gravity and a second material group having a relatively small grain size (powder state). , dividing by wind force.
  • the first material group is composed of crushed materials that have not been blown away by the desired wind force.
  • the second material group is composed of crushed materials blown by a desired wind force.
  • the first material group is a group of materials used in a gravity sorting unit, which will be described later
  • the second material group is a group of materials not used in the gravity sorting unit.
  • the wind sorting unit 120 sorts crushed materials mainly based on weight and volume. Therefore, among the materials contained in the photoelectric conversion panel, relatively light and small-volume materials can be recovered. Accordingly, in the case of a silicon-based photoelectric conversion panel, the second material group sorted by the wind sorting unit 120 may mainly include powdered silicon and sealing material in the crushed material.
  • the wind separation unit 120 may be positioned between the crushing unit 110 and the gravity separation unit 130.
  • the crushed material crushed by the crushing unit 110 is carried into the accommodation space 122 by the wind emitted from the wind generator 124 .
  • the first material group that has not been blown by the desired wind force is sent to the specific gravity sorting unit 130 through the outlet 123 located at the bottom of the storage space 122 .
  • the second material group blown by the wind force is sent from above the accommodation space 122 to the second accommodation space 125 arranged in the rear stage, and is collected from the exit 126 located at the bottom of the second accommodation space 125 as needed. be done.
  • the wind separation unit 120 may have an exhaust port 129 that communicates with the second accommodation space 125 from above.
  • the gravity sorting unit 130 may have a vibratable stage 132, a motor (not shown) for vibrating the stage 132, and an injection port 138 for injecting liquid.
  • the stage 132 is inclined in one direction.
  • the injection port 138 injects the crushed material with a liquid for sorting materials in the crushed material based on differences in sedimentation behavior.
  • the liquid may be water, for example.
  • the ejection port 138 is arranged at a position where the liquid can be ejected onto the tilted stage.
  • a first passage 133 and a second passage 134 are preferably formed on the stage 132 .
  • a partition 135 is formed between the first passage 133 and the second passage 134 .
  • the first passage 133 and the second passage 134 communicate with each other on the downstream side of the partition 135 .
  • the injection port 138 is preferably positioned to create a relatively strong liquid flow in the first passageway 133 of the tilted stage 132 .
  • a weir 136 that partially blocks the flow of liquid on the stage 132 across the width of the stage 132 is provided in the lower part of the stage 132 .
  • Weirs 136 may form puddles 139 on stage 132 .
  • a motor (not shown) vibrates the stage 132 so as to bounce the crushed objects on the stage 132, specifically those with a relatively high specific gravity among the crushed objects, to the upstream side.
  • the amplitude of vibration applied to the stage 132 may be set appropriately.
  • the first material group sent from the wind sorting unit 120 is discharged onto the stage 132 of the gravity sorting unit 130, specifically near the downstream side of the first passage 133 (region R1 in FIG. 5). Note that if the wind separation unit 120 is not provided, all the crushed material crushed by the crushing unit 110 may be sent to the specific gravity separation unit 130 .
  • the specific gravity sorting unit 130 divides the crushed material crushed by the crushing unit 110 into a first specific gravity material having at least a first specific gravity and a high specific gravity material having a specific gravity greater than the first specific gravity based on specific gravity.
  • the specific gravity sorting unit 130 divides the crushed material into a first specific gravity material having a first specific gravity, a second specific gravity material having a second specific gravity greater than the first specific gravity, and a third specific gravity material having a second specific gravity greater than the second specific gravity. It may be configured to be divided into a third specific gravity substance having a specific gravity.
  • the injection port 138 injects liquid onto the stage 132 while the specific gravity sorting unit 130 is in operation. This liquid flow causes the relatively low specific gravity to flow downwards to a puddle 139 formed by the weir 136 .
  • the third specific gravity object which has a relatively high specific gravity, moves upward in the first passage 133 of the stage 132 while being slightly flipped up by the vibration of the stage 132 (see arrow A).
  • the third specific gravity material is discharged from the upper outlet of the stage 132 to the drying unit 140 and dried in the drying unit 140 .
  • the second specific gravity substances which have relatively low specific gravity, sink in the puddle 139 and continue to increase near the upper end of the puddle 139 due to the action of the liquid flow and the vibration of the stage 132 .
  • the second specific gravity substance increases, the second specific gravity substance begins to move upward on the stage 132 from a portion where the liquid flow is weak due to the action of vibration of the stage 132 .
  • the second specific gravity substance moves upward in the second passage 134 (see arrow B). Thereby, the second specific gravity substance can be recovered separately from the third specific gravity substance.
  • the stage 132 vibrates with the crushed object placed thereon, thereby removing the high specific gravity object from the second specific gravity having a second specific gravity larger than the first specific gravity. It can be divided into a substance with a specific gravity and a substance with a third specific gravity having a third specific gravity greater than the second specific gravity. Furthermore, as will be described later, the stage 132 can divide the material in the crushed material into the first specific gravity group, the second specific gravity group, and the third specific gravity group by the vibration of the stage and the action of the liquid described above. .
  • a second weir (not shown) extending over a width similar to that of the first passage 133 may be formed near the downstream end of the partition 135 .
  • the second weir may be lower than the weir 136 described above. In this case, even if the third specific gravity substance flows downstream of the stage 132 , it is blocked by the second weir, so it is difficult for the third specific gravity substance to mix into the second passage 134 . Therefore, the third specific gravity matter can easily move upward through the first passage 133 without being mixed into the second passage 134 .
  • the second specific gravity object can climb over the low second weir and reach the weir 136 , it is blocked by the weir 136 and moves toward the width direction end of the stage 132 , that is, the second passage 134 . It becomes easier to move toward the direction. This makes it easier for the second specific gravity object to move upward through the second passage 134 from the width direction end of the stage 132 . Therefore, when the above-mentioned second weir is provided, there is a possibility that the accuracy of sorting the second specific gravity material and the third specific gravity material can be improved.
  • the first specific gravity object floats on the upper surface of the puddle 139.
  • the first specific gravity substance floating on the upper surface of the puddle 139 climbs over the weir 136 and the aforementioned second weir together with the liquid flow, and is discharged from the lower end of the stage 132 (see arrow C). Thereby, the first specific gravity matter can be recovered separately from the high specific gravity matter (the second specific gravity matter and the third specific gravity matter).
  • the specific gravity sorting unit 130 is configured to separate the first specific gravity material, the second specific gravity material, and the third specific gravity material at the same time.
  • the specific gravity sorting unit 130 may have separate units for separating the first specific gravity substances and the high specific gravity substances, and separate units for separating the high specific gravity substances into the second specific gravity substances and the third specific gravity substances.
  • the unit for separating the first specific gravity material and the high specific gravity material may utilize wet specific gravity separation based on the difference in sedimentation behavior with respect to a liquid such as water.
  • the unit that separates the high specific gravity material into the second specific gravity material and the third specific gravity material is not particularly limited, and may be a wet sorting unit or, for example, a dry sorting unit using stage vibration.
  • the drying unit 140 may be configured to dry the material sorted by the gravity sorting unit 130. In the illustrated embodiment, the drying unit 140 is configured to dry the third gravity material recovered via the gravity sorting unit 130 . Additionally or alternatively, a drying unit may be provided for drying the first specific gravity and/or the second specific gravity.
  • FIG. 6 is a flowchart of a material recovery method for a photoelectric conversion panel according to one embodiment.
  • the photoelectric conversion panel 20 that constitutes the photoelectric conversion module 10 is preferably a panel containing silicon. Then, the frame 30 and the junction box (not shown) are removed from the photoelectric conversion module 10 (step S1). Thereby, the photoelectric conversion panel 20 is taken out.
  • cover glass (glass layer) 23 is removed from the photoelectric conversion panel 20 (step S2).
  • the cover glass 23 is separated from the photoelectric conversion panel 20 by peeling it off.
  • the separated cover glass 23 can be recycled as a glass cullet raw material.
  • the back protective layer 22 may be separated from the photoelectric conversion panel 20 as necessary. In this case, the back side protective layer 22 can be recycled in the form of a sheet. Note that the subsequent steps may be performed without separating the back side protective layer 22 .
  • step S2 a structure obtained by removing the cover glass 23 or the cover glass 23 and the back protective layer 22 from the photoelectric conversion panel 20 is obtained.
  • the photoelectric conversion panel 20, specifically the structure that has undergone step S2, is crushed (step S3).
  • the method of crushing the structure is not particularly limited. Fracture of the structure is performed, for example, in the above-described crushing unit 110 .
  • the crushed material formed by crushing the structure may contain metal materials such as copper and silver, silicon, resin materials, and the like.
  • step S3 both the first crushing unit 112 and the second crushing unit 115 may be used to crush and/or crush the structure in two stages.
  • step S3 may include both the first crushing step and the second crushing step.
  • the first crushing step is performed, for example, in the first crushing unit 112 described above.
  • the structure crushed by the first crushing unit 112 is further crushed.
  • the photoelectric conversion panel includes a photoelectric conversion element having crystalline silicon
  • the peeling method is not particularly limited. Crushing of the structure is performed, for example, in the second crushing unit 115 described above.
  • the photoelectric conversion element 21 separated from the second sealing layer 25 is composed of powder-like particles containing a large amount of the surface layer portion (the antireflection film 21c and the electrode 21d) and the element body portion (the back electrode layer 21a and silicon crystal layer 21b). That is, silicon is separated into powdery particles having a small particle size and particles having a larger particle size than the powdery particles.
  • the photoelectric conversion panel includes a photoelectric conversion element having crystalline silicon
  • silicon is separated into powder-like particles having a small particle size and particles having a larger particle size than the powder-like particles. easy.
  • the bending strength of materials used for the antireflection film 21c such as SiO 2 and SiN, is about 1/3 of that of silicon.
  • the thermal expansion coefficient of these materials used for the antireflection film 21c is about 1/10 of that of silicon. Therefore, a large stress is applied to the antireflection film 21c, and the brittleness of the antireflection film 21c is considered to be extremely low compared to silicon.
  • the inventor believes that when a mechanical pressure, that is, a crushing process is applied, the antireflection film 21c formed on silicon and the electrode 21d formed thereon are transformed into powder-like particles having a small particle size. It was found that there was a tendency to peel off as.
  • a material having an intermediate specific gravity a material that is the same as or similar to the second specific gravity
  • silicon is composed mainly of powdery particles having a small particle size and particles having a particle size larger than that of the powder. It is divided and pulverized.
  • the wind used in the wind screening step S4 may be spiral wind.
  • the pulverized material formed by pulverizing the structure is divided by wind power into a first material group used in the later-described gravity sorting step S5 and a second material group not used in the gravity sorting step S5. .
  • Fragments are separated by wind force based on the weight and volume of material in the fragment.
  • the shredded material is separated by wind power based on the weight and volume of the material in the shredded material.
  • the first material group contains materials having a relatively large particle size and specific gravity
  • the second material group contains particles having a relatively small particle size (powder state).
  • a material having an intermediate specific gravity (a material that is the same as or similar to the second specific gravity material), here silicon has mainly a small particle size. and particles having a particle size larger than that of the powder are divided and pulverized.
  • the powdery particles having a small particle size that is, the powdery silicon particles can be recovered as the second material group.
  • it is preferable to adjust the strength of the wind force so that materials having intermediate specific gravities, here silicon, are recovered as the second material group.
  • a specific gravity sorting step S5 for sorting out crushed materials is carried out.
  • the crushed material is divided into a first specific gravity material having at least a first specific gravity and a high specific gravity material having a specific gravity greater than the first specific gravity based on the specific gravity.
  • the specific gravity sorting step divides the crushed material into a first specific gravity material, a second specific gravity material having a second specific gravity greater than the first specific gravity, and a third specific gravity material having a third specific gravity greater than the second specific gravity. and divided based on specific gravity.
  • Sorting based on these specific gravities can be carried out based on at least one of, preferably both, the difference in the sedimentation behavior of the material in the crushed material with respect to the liquid and the vibration of the stage on which the crushed material is placed.
  • the specific gravity sorting step S5 as described with reference to FIGS. and a third specific gravity.
  • the materials sorted by the gravity sorting unit that is, the first specific gravity substances, the second specific gravity substances and/or the third specific gravity substances are dried (step S6).
  • the third specific gravity material is dried by the drying unit 140 .
  • the first specific gravity and/or the second specific gravity may also be dried if desired.
  • the photoelectric conversion panel 20 often contains silicon, metal materials such as copper and silver, and resin materials.
  • the third specific gravity mainly contains a metallic material such as copper. Since copper has a higher specific gravity than other materials, it can be selectively separated into third specific gravity substances. Therefore, the material recovery method described above can provide high recovery efficiency with respect to copper.
  • the second specific gravity substance mainly contains silicon particles. Since silicon has a lower specific gravity than copper, it is likely to be included in the second specific gravity material. Therefore, the material recovery method described above can also be suitable for recovery and recycling of silicon grains.
  • the first specific gravity mainly contains a large amount of resin material.
  • the inventor of the present application believes that when a photoelectric conversion panel includes a photoelectric conversion element having crystalline silicon, the second material group sorted in the wind sorting step S4 is the powder generated when crushed in step S3. and that the powdery silicon is mainly pulverized material of the surface layer portion of the photoelectric conversion element 21 (the antireflection film 21c and the electrode 21d). Since the electrode 21d positioned on the surface layer portion of the photoelectric conversion element 21 contains silver, powdered silicon and silver are mixed. On the other hand, silicon with a grain size larger than that of powdered silicon is considered to be mainly derived from the silicon crystal layer 21b. In the above embodiment, the powdered silicon having a relatively high silver content can be recovered separately from the large grain size silicon having a relatively low silver content by the air sorting step S4. This made it possible to efficiently separate and recover silicon.
  • the powdered silicon sorted in the wind sorting step S4 contains a small amount of pulverized organic matter. Therefore, the powdered silicon (second material group) may be subjected to specific gravity separation or sieving as necessary. This makes it possible to remove the organic matter from the powdered silicon from the second material group.
  • materials such as copper and silicon can be recovered in a solid state without using an etchant such as nitric acid.
  • the specific gravity sorting step S5 makes it possible to separately recover metal materials such as copper, silicon, and resin materials.
  • the air sorting step S4 and the specific gravity sorting step S5 together it becomes possible to sort metal materials such as copper with high purity.
  • the second material group collected in the wind sorting step S4 is the same material as the material mainly contained in the second specific gravity substance sorted in the gravity sorting step S5, and is more than the material mainly contained in the second specific gravity substance. may also contain particulate material.
  • the photoelectric conversion panel includes a photoelectric conversion element having crystalline silicon, the material corresponds to silicon. In this way, powdery materials with small particle sizes can be individually recovered by additionally using not only the specific gravity sorting but also the air sorting step S4. It should be noted that this is not limited to the case where the photoelectric conversion panel is crystalline silicon, but can be similarly applied when the same material is pulverized into pulverized particles of different particle sizes.
  • Example Materials were recovered from the photoelectric conversion panel 20 by the material recovery system and the material recovery method described above.
  • the system shown in FIGS. 3 to 5 was used to collect materials from a silicon-based solar cell panel, specifically a structure obtained by removing the cover glass 23 and the back protective layer 22 from the solar cell panel.
  • the crushed material was divided into the above-mentioned second material group, the first specific gravity material, the second specific gravity material, and the third specific gravity material.
  • the specific gravity selection step S5 the tilt of the stage 132 was 4° and the frequency of the stage 132 was 49 Hz.
  • Table 1 shows the results of measuring the contents of copper, silver, silicon, and lead contained in each of the second material group, the second specific gravity material, and the third specific gravity material.
  • the second material group mainly contains silicon and resin materials.
  • the silicon contained in the second material group was fine powder particles. Since the powdery silicon has a large difference in specific gravity from the mixed resin material, if necessary, the specific gravity can be separated again or the powdered silicon can be easily sorted by sieving.
  • the first specific gravity material sorted out in the specific gravity sorting step S5 mainly contained a resin material.
  • the first specific gravity substance can be recycled by being mixed in asphalt or concrete.
  • the ratio of silicon and metal materials contained in the first specific gravity substance is small, it can be seen that silicon and metal materials can be recovered in a separate group with relatively high purity.
  • the second specific gravity matter sorted out in the gravity sorting step S5 mainly contains silicon.
  • the resin material contained in the second specific gravity substance is less than 1%, and the ratio of silicon contained in the second specific gravity substance exceeds 90%. In this way, it was possible to recover silicon of high purity and relatively large particle size.
  • the third specific gravity matter sorted out in the gravity sorting step S5 mainly contained copper.
  • the ratio of the resin material contained in the third specific gravity material was below the measurement limit (almost 0%). Therefore, it was found that it is possible to recover copper with high purity.
  • a large amount of silicon is contained in both the second material group and the second specific gravity.
  • the average particle size of silicon contained in the second material group is smaller than the average particle size of silicon contained in the second specific gravity substance.
  • Table 2 shows the results of measuring whether the silver contained in the photoelectric conversion panel 20 was sorted into the second material group, the first specific gravity material, the second specific gravity material, or the third specific gravity material.

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Abstract

エッチング液を利用せず光電変換パネルから素材を回収する新たな素材回収方法を提供する。光電変換パネルの素材回収方法は、光電変換パネルを構成する構造物を破砕することによって破砕物を形成する破砕ステップ（Ｓ３）と、破砕物を、少なくとも第１比重を有する第１比重物と、前記第１比重よりも大きい比重を有する高比重物とに、比重に基づき分ける比重選別ステップ（Ｓ５）と、を有する。

Description

光電変換パネルの素材回収方法及び光電変換パネル用の素材回収システム
　本発明は、例えば太陽電池パネルのような光電変換パネルを構成する素材を回収する素材回収方法及び素材回収システムに関する。
　近年、資源活用や環境保護の観点から、使用済みの物を資源としてリサイクルする技術が知られている。例えば、住宅などの建造物の屋根に設置される太陽電池モジュールのような光電変換モジュールは、近年、急速に普及しつつある。そのため、光電変換モジュールのリサイクル技術の進展が得に望まれる。
　以下の特許文献１は、太陽電池モジュールの電池セル部から電池層に含まれる金属を回収する方法を開示する。特許文献１では、電池層を構成する金属材料は、硝酸溶液中に溶解され、溶解液中に溶解された状態で回収される。
国際公開第２０１９－２０３０２６号公報
　光電変換パネルのリサイクルにおいて、硝酸溶液のようなエッチング液に金属を浸して溶出させ、溶出させた金属を売却することがある。しかしながら、硝酸溶液のようなエッチング液に溶出させた状態の金属の利材性は低いことがある。
　したがって、エッチング液を利用せず光電変換パネルから素材を回収する新たな素材回収方法及び素材回収システムが望まれる。
　一態様に係る光電変換パネルの素材回収方法は、光電変換パネルを構成する構造物を破砕することによって破砕物を形成する破砕ステップと、前記破砕物を、少なくとも第１比重を有する第１比重物と、前記第１比重よりも大きい比重を有する高比重物とに、比重に基づき分ける比重選別ステップと、を有する。
　一態様に係る光電変換パネル用の素材回収システムは、光電変換パネルを構成する構造物を破砕することによって破砕物を形成する破砕ユニットと、前記破砕物を、少なくとも第１比重を有する第１比重物と、前記第１比重よりも大きい比重を有する高比重物とに、比重に基づき分ける比重選別ユニットと、を有する。
図１は、一実施形態に係る光電変換モジュールの模式的断面図である。 図２は、一実施形態に係る光電変換素子の一部を拡大した模式的拡大図である。 図３は、一実施形態に係る光電変換パネル用の素材回収システムの模式図である。 図４は、一実施形態に係る比重選別ユニットの模式的側面図である。 図５は、一実施形態に係る比重選別ユニットの模式的上面図である。 図６は、一実施形態に係る光電変換パネルの素材回収方法のフローチャートである。
　以下、図面を参照して、実施形態について説明する。以下の図面において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることがあることに留意すべきである。
　［光電変換モジュールの構成］
　まず、リサイクルの対象となり得る光電変換モジュールの構成の一例について説明する。図１は、一実施形態に係る光電変換モジュールの模式的断面図である。
　図１に示す例では、光電変換モジュール１０は、光電変換パネル２０と、光電変換パネル２０の外縁を取り囲むフレーム３０と、を有する。光電変換モジュール１０の背面には、電力の取り出し口となるジャンクションボックスや出力ケーブル（不図示）が取り付けられていてよい。
　封止材４０が、光電変換パネル２０とフレーム３０の間に設けられていても良い。封止材４０を構成する材料は、特に限定されないが、例えばポリエチレン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、シリコーン樹脂又はブチルゴムのような樹脂材料が挙げられる。
　光電変換パネル２０は、光電変換素子２１と、裏側保護層２２と、カバーガラス２３と、第１封止層２４と、第２封止層２５と、を有していてよい。カバーガラス２３は、例えば、透明又は半透明のガラス層であってよい。当該ガラス層は、例えば強化ガラスによって構成されていてよい。
　第１封止層２４は、光電変換素子２１とカバーガラス２３との間に配置されている。第１封止層２４を構成する材料としては、例えば、エチレン酢酸ビニル樹脂、ポリエチレン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、シリコーン樹脂、ブチルゴムなどが挙げられる。
　第２封止層２５は、光電変換素子２１と裏側保護層２２との間に設けられる。第２封止層２５を構成する材料は、特に限定されないが、例えばエチレン酢酸ビニル樹脂、ポリエチレン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、シリコーン樹脂、ブチルゴムなどが挙げられる。
　裏側保護層２２は、光電変換パネル２０の裏面側を覆う保護層である。裏側保護層２２は、第２封止層２５の裏側に設けられる。裏側保護層２２を構成する材料は、例えばＰＥＴ樹脂、ＰＶＦ（ポリフッ化ビニル）樹脂、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）樹脂、ナイロン樹脂もしくはポリアミド樹脂、又はこれらの組み合わせによって構成されていてよい。この代わりに、裏側保護層２２は、金属製のシートによって構成されていてもよい。
　光電変換素子２１は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する素子である。光電変換素子２１は、光エネルギーを電気エネルギーに変換可能な任意の構成を有していてよい。このような素子として、結晶型の光電変換素子や薄膜系のＣＩＳ型光電変換素子等が挙げられる。結晶型の光電変換素子の多くは、半導体シリコンを基板とした構造を有する。具体的には、結晶型シリコン系の光電変換素子は、シリコン基板からなる複数の電池セル部を備える。電池セル部は、電極材料や配線として銅や銀のような金属材料を含む。
　図２は、一実施形態に係る光電変換素子の一部を拡大した模式的拡大図である。図２では、いわゆる結晶系シリコンを有する光電変換素子の一部を示している。この光電変換素子２１は、背面電極層２１ａと、シリコン結晶層２１ｂと、反射防止膜２１ｃと、電極２１ｄと、を有する。シリコン結晶層２１ｂは、ｎ型層やｐ型層を含んでいてよい。
　反射防止膜２１ｃは、シリコン結晶層２１ｂの表面側に設けられている。反射防止膜２１ｃは、例えばＳｉＯ２、ＳｉＮ、及び／又はＴｉＯ２等を含んでいてよい。電極２１ｄは、反射防止膜２１ｃの表面側に配置されている。電極２１ｄは、例えば銀を含んでいてよい。
　［素材回収システム］
　一実施形態に係る素材回収システムについて図３～図５を参照して説明する。図３は、一実施形態に係る光電変換パネル用の素材回収システムの模式図である。図４は、一実施形態に係る比重選別ユニットの模式的側面図である。図５は、一実施形態に係る比重選別ユニットの模式的上面図である。
　光電変換パネル用の素材回収システム１００は、上記の光電変換パネル２０から素材を回収するためのシステムとして利用できる。好ましくは、素材回収システム１００は、シリコン（シリコン化合物を含む。以下同様。）を含む光電変換パネル２０から素材を回収するためのシステムであってよい。素材回収システム１００は、例えば光電変換パネル２０からカバーガラスのようなガラス層を除去した構造物を処理するものであってよい。
　素材回収システム１００は、破砕ユニット１１０、風力選別ユニット１２０、比重選別ユニット１３０及び乾燥ユニット１４０を有していてよい。
　破砕ユニット１１０は、光電変換パネル２０を構成する構造物を破砕可能であれば、どのような構造を有していてもよい。破砕ユニット１１０は、光電変換パネルを構成する構造物を破砕することによって破砕物を形成する。破砕ユニット１１０は、好ましくは光電変換パネルを構成する構造物が小径の粒子になるまで粉砕してよい。破砕すべき光電変換パネル２０を構成する構造物は、光電変換パネル２０自体であってもよく、光電変換パネル２０からガラス層を除去した構造物であってもよい。
　破砕ユニット１１０は、第１破砕ユニット１１２と、第２破砕ユニット１１５と、を含んでいてよい。第１破砕ユニット１１２は、例えば、回転軸にビット状の刃を有し、固定された刃で構造物を噛み込みながら、連続破砕する破砕する１軸型の破砕機、回転刃にワークを挟み込む構造により、せん断応力が大きい２軸破砕機、又は高速回転するハンマーでたたきながら所望のサイズ以下になるまで連続破砕する竪型の破砕機であってよい。好ましくは、第１破砕ユニット１１２は、より後続に配置された第２破砕ユニット１１５に対してワークの形状制御に優れ構造物をせん断破砕することのないビッド状の破砕歯をもつ１軸破砕機であってよい。
　第２破砕ユニット１１５は、例えば、広い刃幅を有する回転刃と固定刃にて切断する１軸型破砕機、又はシュレッダー型の２軸破砕機であってよい。第２破砕ユニット１１５は、第１破砕ユニット１１２によって破砕されたワークをより小径の粒子になるまで粉砕するものであってよい。好ましくは、第２破砕ユニット１１５は、広い刃幅を有する回転刃と固定刃にて切断する１軸型破砕機である。これにより、光電変換パネルが結晶系シリコンを有する光電変換素子を含む場合、第１封止層２４および第２封止層２５と、光電変換素子２１とをより効率的に剥離し、かつ光電変換素子２１の反射防止膜２１ｃとシリコン結晶層２１ｂを分離粉砕することが可能である。
　また第２破砕ユニット１１５は、例えば互いに対向する円盤状の回転可能な上板および／または下板を有する臼型の破砕機であってもよい。この場合、回転する上板と下板でワークを挟んでワークに機械的な力を印加することにより、ワークにせん断応力を印加することができる。これにより、第１封止層２４および第２封止層２５と、光電変換素子２１とをより効率的に剥離し、かつ光電変換素子２１の反射防止膜２１ｃとシリコン結晶層２１ｂを分離粉砕することが可能となる。
　図示した構成では、破砕ユニット１１０は、第１破砕ユニット１１２と第２破砕ユニット１１５を含んでいる。この代わりに、破砕ユニット１１０は、可能であれば、第１破砕ユニット１１２と第２破砕ユニット１１５の一方のみを含んでいてもよい。また、破砕ユニット１１０は、３種類以上の破砕ユニットを含んでいてもよい。
　風力選別ユニット１２０は、収容空間１２２及び風力発生機１２４を有していてよい。好ましくは、風力選別ユニット１２０は、収容空間１２２内に渦状の風を引き起こすサイクロン型の風力選別機であってよい。サイクロン型の風力選別機は、破砕ユニット１１０によって破砕された破砕物から小粒形のマテリアルを選別するよう構成されていてよい。
　風力選別ユニット１２０は、破砕ユニット１１０によって破砕された破砕物を、破砕物中のマテリアルの重量と体積に基づき、風力によって分ける。好ましくは、風力選別ユニット１２０は、破砕ユニット１１０によって破砕された破砕物を、比較的大きな粒度と比重を有する第１素材群と、比較的小さい粒度（パウダー状態）を有する第２素材群とに、風力によって分ける。具体的には、第１素材群は、破砕物のうち所望の風力に飛ばされなかったものによって構成される。一方、第２素材群は、破砕物のうち所望の風力に飛ばされたものによって構成される。ここで、第１素材群は、後述する比重選別ユニットで利用する素材群であり、第２素材群は、比重選別ユニットで利用しない素材群である。
　風力選別ユニット１２０は、破砕物を、主として重量と体積に基づき選別する。したがって、光電変換パネルに含まれていた材料のうち、比較的軽くて小さな体積の材料を回収することができる。これにより、シリコン系の光電変換パネルの場合、風力選別ユニット１２０によって選別された第２素材群は、主として破砕物中のパウダー状のシリコンおよび封止材を含み得る。
　風力選別ユニット１２０は、破砕ユニット１１０と比重選別ユニット１３０との間に位置していてよい。破砕ユニット１１０によって破砕された破砕物は、風力発生機１２４から発せられた風によって収容空間１２２内に運ばれる。破砕物のうち所望の風力に飛ばされなかった第１素材群は、収容空間１２２の底に位置する出口１２３を通って、比重選別ユニット１３０に送られる。風力に飛ばされた第２素材群は、収容空間１２２の上方から、後段に配置された第２収容空間１２５に送られ、第２収容空間１２５の底に位置する出口１２６から必要に応じて回収される。
　また、風力選別ユニット１２０は、第２収容空間１２５の上方から連通した排気口１２９を有していてよい。
　比重選別ユニット１３０は、振動可能なステージ１３２と、ステージ１３２を振動させる不図示のモータと、液体を射出する射出口１３８と、を有していてよい。本実施形態では、ステージ１３２は一方向に傾斜して設けられている。射出口１３８は、破砕物を、沈降挙動の違いに基づき破砕物中のマテリアルを選別するための液体を射出する。液体は、例えば水であってよい。射出口１３８は、傾斜したステージ上に液体を射出可能な位置に配置されている。
　好ましくは、第１通路１３３と第２通路１３４がステージ１３２上に形成されている。第１通路１３３と第２通路１３４の間には、仕切り１３５が形成されている。第１通路１３３と第２通路１３４は、仕切り１３５よりも下流側で互いに連通している。この場合、射出口１３８は、傾斜したステージ１３２の第１通路１３３に比較的強い液体の流れを生じさせるよう配置されることが好ましい。
　本実施形態では、ステージ１３２の下方部分に、ステージ１３２の幅方向にわたってステージ１３２上の液体の流れを部分的に堰き止める堰１３６が設けられている。堰１３６は、ステージ１３２上に水溜まり１３９を形成し得る。
　不図示のモータは、ステージ１３２上の破砕物、具体的に破砕物のうちの比較的比重の高いものを上流側へ跳ね上げるようにステージ１３２を振動させる。ステージ１３２に与えられる振動の振幅は適宜設定されていてよい。
　風力選別ユニット１２０から送られた第１素材群は、比重選別ユニット１３０のステージ１３２上、具体的には第１通路１３３の下流側の部分付近（図５の領域Ｒ１）に放出される。なお、風力選別ユニット１２０が設けられていない場合、破砕ユニット１１０によって破砕された破砕物のすべてが比重選別ユニット１３０に送られても良い。比重選別ユニット１３０は、破砕ユニット１１０によって破砕された破砕物を、少なくとも第１比重を有する第１比重物と、第１比重よりも大きい比重を有する高比重物とに、比重に基づき分ける。より好ましくは、比重選別ユニット１３０は、破砕物を、第１比重を有する第１比重物と、第１比重よりも大きい第２比重を有する第２比重物と、第２比重よりも大きい第３比重を有する第３比重物と、に分けるよう構成されていてよい。
　射出口１３８は、比重選別ユニット１３０の稼働中、ステージ１３２上に液体を射出する。この液体の流れによって、比較的比重の低いものは下方に流され、堰１３６により形成された水溜り１３９に至る。
　高比重物のうち比較的比重の高い第３比重物は、ステージ１３２の振動により、小さく跳ね上げられながらステージ１３２の第１通路１３３を上方に移動する（矢印Ａ参照）。第３比重物は、ステージ１３２の上方の出口から乾燥ユニット１４０へ排出され、乾燥ユニット１４０で乾燥される。
　高比重物のうち比較的比重の低い第２比重物は、水溜り１３９で沈み、液体の流れとステージ１３２の振動の作用により水溜り１３９の上端付近で増え続ける。第２比重物が増えると、第２比重物は、ステージ１３２の振動の作用により、液体の流れの弱い箇所から、ステージ１３２を上方に移動し始める。ここで、射出口１３８からの液体は、第２通路１３４をほとんど流れないため、第２比重物は第２通路１３４を上方に移動する（矢印Ｂ参照）。これにより、第２比重物を第３比重物と分けて回収できる。
　このように、ステージ１３２は、破砕物を載せた状態で振動することによって、高比重物を、破砕物を載せたステージの振動によって、上記の第１比重よりも大きい第２比重を有する第２比重物と、第２比重よりも大きい第３比重を有する第３比重物と、に分けることができる。さらに、後述するように、ステージ１３２は、ステージの振動と前述した液体の作用によって、破砕物中のマテリアルを、第１比重群と、第２比重物と、第３比重物に分けることができる。
　仕切り１３５の下流側端部付近に、第１通路１３３の幅と同程度の幅にわたって延びた不図示の第２の堰が形成されていてもよい。当該第２の堰は、上述した堰１３６よりも低くてよい。この場合、第３比重物は、ステージ１３２の下流側に流されたとしても第２の堰でせき止められるため、第２通路１３４に混入し難い。したがって、第３比重物は、ほとんど第２通路１３４に混入することなく第１通路１３３を上方に向かって移動し易くなる。また、第２比重物は、高さの低い第２の堰を乗り越えて堰１３６まで到達し得るが、堰１３６によってせき止められつつ、ステージ１３２の幅方向の端の方、すなわち第２通路１３４の方に向かうよう移動し易くなる。これにより、第２比重物は、ステージ１３２の幅方向の端の方から第２通路１３４を上方に移動し易くなる。したがって、上記の第２の堰が設けられている場合、第２比重物と第３比重物の選別の精度が上がる可能性がある。
　第１比重物は、水溜り１３９の上面に浮かぶ。水溜り１３９の上面に浮かんだ第１比重物は、液体の流れとともに、堰１３６や前述した第２の堰を乗り越えて、ステージ１３２の下端から排出される（矢印Ｃ参照）。これにより、第１比重物は、高比重物（第２比重物及び第３比重物）から分けて回収できる。
　上記実施形態では、比重選別ユニット１３０は、第１比重物、第２比重物及び第３比重物を同時にわけるよう構成されている。この代わりに、比重選別ユニット１３０は、第１比重物と高比重物を分けるユニットと、高比重物を第２比重物と第３比重物に分けるユニットを別々に有していてもよい。この場合、第１比重物と高比重物を分けるユニットは、例えば水のような液体に対する沈降挙動の違いに基づく湿式比重選別を利用したものであってよい。高比重物を第２比重物と第３比重物に分けるユニットは、特に限定されず、湿式の選別ユニットであってもよく、例えばステージの振動を利用した乾式の選別ユニットであってもよい。
　乾燥ユニット１４０は、比重選別ユニット１３０で選別されたマテリアルを乾燥するよう構成されていてよい。図示した態様では、乾燥ユニット１４０は、比重選別ユニット１３０を経て回収された第３比重物を乾燥するよう構成されている。これに加えて又はこの代わりに、第１比重物及び／又は第２比重物を乾燥する乾燥ユニットが設けられていてもよい。
　［素材回収方法］
　次に、図３～６を参照しつつ、一実施形態に係る光電変換パネルの素材回収方法について説明する。図３～図５については前述したとおりである。図６は、一実施形態に係る光電変換パネルの素材回収方法のフローチャートである。
　まず、前述した光電変換モジュール１０を準備する。光電変換モジュール１０を構成する光電変換パネル２０は、シリコンを含むパネルであることが好ましい。それから、光電変換モジュール１０からフレーム３０や不図示のジャンクションボックス等を取り外す（ステップＳ１）。これにより、光電変換パネル２０が取り出される。
　次に、光電変換パネル２０からカバーガラス（ガラス層）２３を除去する（ステップＳ２）。カバーガラス２３は引き剥がすことによって光電変換パネル２０から分離する。分離されたカバーガラス２３は、ガラスカレット原料としてリサイクルすることが可能である。
　必要に応じて、光電変換パネル２０から裏側保護層２２を分離してもよい。この場合、裏側保護層２２は、シート状のままでリサイクル可能である。なお、裏側保護層２２を分離することなく以降のステップを実行してもよい。
　ステップＳ２において、光電変換パネル２０から、カバーガラス２３、又はカバーガラス２３と裏側保護層２２が取り除かれた構造物が得られる。
　次に、光電変換パネル２０、具体的にはステップＳ２を経た構造物を破砕する（ステップＳ３）。構造物の破砕の方法は、特に限定されない。構造物の破砕は、例えば、上記の破砕ユニット１１０で行われる。構造物の破砕により形成された破砕物は、銅や銀のような金属材料、シリコン、樹脂材料等を含んでいてよい。
　ステップＳ３において、前述したように、第１破砕ユニット１１２と第２破砕ユニット１１５の両方を用いて２段階で構造物を破砕及び／又は粉砕してもよい。言い換えると、ステップＳ３は、第１破砕ステップと、第２破砕ステップの両方を含んでいてよい。第１破砕ステップは、例えば上述した第１破砕ユニット１１２で行われる。
　第２破砕ステップは、第１破砕ユニット１１２で破砕された構造物をさらに粉砕する。光電変換パネルが結晶系シリコンを有する光電変換素子を含む場合、第２破砕ステップにおいて、光電変換パネルを構成する第２封止層２５を、光電変換素子２１から剥離することが好ましい。この剥離の方法は、特に限定されない。構造物の破砕は、例えば、上記の第２破砕ユニット１１５で行われる。この第２破砕ステップにおいて、第２封止層２５から剥離された光電変換素子２１は、表層部分（反射防止膜２１ｃ及び電極２１ｄ）を多く含むパウダー状の粒子と、素子本体部分（背面電極層２１ａ及びシリコン結晶層２１ｂ）を多く含む大きな粒径を有する粒子と、を含む粉砕物になる。すなわち、シリコンは、小さい粒径を有するパウダー状の粒子と、パウダー状の粒子よりも大きな粒径を有する粒子と、に分離される。
　ここで、光電変換パネルが結晶系シリコンを有する光電変換素子を含む場合、シリコンは、小さい粒径を有するパウダー状の粒子と、パウダー状の粒子よりも大きな粒径を有する粒子と、に分離され易い。特に、反射防止膜２１ｃに用いられている材料、例えばＳｉＯ２やＳｉＮの曲げ強度は、シリコンの曲げ強度の１／３程度である。さらに、反射防止膜２１ｃに用いられているこれらの材料の熱膨張係数は、シリコンの熱膨張係数の約１／１０である。したがって、反射防止膜２１ｃには大きな応力がかかっており、反射防止膜２１ｃの脆性はシリコンと比較して極端に低いと考えられる。これにより、発明者は、機械的圧力、すなわち破砕処理が印加されると、シリコン上に形成された反射防止膜２１ｃやその上に形成された電極２１ｄは、小さい粒径を有するパウダー状の粒子として剥がれ落ちる傾向にあることを見出した。これにより、中間的な比重を有する材料（第２比重物と同じ又は同程度の材料）、ここではシリコンは、主として小さい粒径を有するパウダー状の粒子と、パウダーよりも大きい粒径を有する粒子とに、分かれて粉砕される。
　次に、必要に応じて風力選別ステップＳ４を実施する。風力選別ステップＳ４で利用される風は、渦状の風であってよい。風力選別ステップＳ４では、構造物の粉砕により形成された粉砕物を、後述の比重選別ステップＳ５で利用する第１素材群と、比重選別ステップＳ５で利用しない第２素材群とに、風力によって分ける。破砕物は、破砕物中のマテリアルの重量と体積に基づき、風力によって分けられる。具体的には、風力選別ステップＳ４では、破砕物は、破砕物中のマテリアルの重量と体積に基づき、風力によって分けられる。第１素材群は、比較的大きな粒度と比重を有する素材を含み、第２素材群は、比較的小さい粒度（パウダー状態）の粒子を含む。
　光電変換パネルが結晶系シリコンを有する光電変換素子を含む場合、ステップＳ３において、中間的な比重を有する材料（第２比重物と同じ又は同程度の材料）、ここではシリコンは、主として小さい粒径を有するパウダー状の粒子と、パウダーよりも大きい粒径を有する粒子とに、分かれて粉砕される。風力選別ステップＳ４では、この小さい粒径を有するパウダー状の粒子、すなわちパウダー状のシリコン粒子が、第２素材群として回収できる。この場合、風力選別ステップＳ４において、中間的な比重を有する材料、ここではシリコンが第２素材群として回収されるよう、風力の強さを調整することが好ましい。
　次に、破砕物を選別する比重選別ステップＳ５を実施する。比重選別ステップＳ５では、破砕物を、少なくとも第１比重を有する第１比重物と、第１比重よりも大きい比重を有する高比重物とに、比重に基づき分ける。好ましくは、比重選別ステップは、破砕物を、第１比重物と、第１比重よりも大きい第２比重を有する第２比重物と、第２比重よりも大きい第３比重を有する第３比重物とに、比重に基づき分ける。これらの比重に基づく選別は、前述したように、破砕物中のマテリアルの液体に対する沈降挙動の違いと破砕物を載せたステージの振動の少なくとも一方、好ましくは両方に基づき、実施できる。好ましくは、比重選別ステップＳ５は、図４～５を用いて説明したように、破砕物を載せた傾斜したステージに液体を流しつつステージを振動させることによって、第１比重物と第２比重物と第３比重物に分けることを含む。
　次に、必要に応じて、比重選別ユニットで選別されたマテリアル、すなわち第１比重物、第２比重物及び／又は第３比重物を乾燥する（ステップＳ６）。本実施形態では、第３比重物が、乾燥ユニット１４０によって乾燥される。付加的に、第１比重物及び／又は第２比重物も、必要に応じて乾燥されてよい。
　シリコン系の光電変換パネル２０の場合、光電変換パネル２０は、シリコン、銅及び銀のような金属材料、樹脂材料を含むことが多い。この場合、第３比重物は、主として銅のような金属材料を含む。銅は、他の素材よりも高い比重を有しているため、第３比重物に選択的に分離され得る。したがって、上記素材回収方法は、銅に関して高い回収効率を与え得る。第２比重物は、主としてシリコン粒子を含む。シリコンは、銅よりも低い比重を有しているため、第２比重物に含まれ易い。したがって、上記素材回収方法は、シリコン粒の回収及びリサイクルにも適したものになり得る。第１比重物は、主として樹脂材料を多く含む。
　前述したように、本願発明者は、光電変換パネルが結晶系シリコンを有する光電変換素子を含む場合、風力選別ステップＳ４で選別された第２素材群は、ステップＳ３で破砕したときに生じたパウダー状のシリコンを多く含むことと、このパウダー状のシリコンは、主に、光電変換素子２１の表層部分（反射防止膜２１ｃ及び電極２１ｄ）の粉砕物であることを見出した。光電変換素子２１の表層部分に位置する電極２１ｄは、銀を含んでいるため、パウダー状のシリコンと銀は混在することになる。一方、パウダー状のシリコンよりも粒径の大きいシリコンは、主に、シリコン結晶層２１ｂ由来のものと考えられるため、粒径の大きいシリコンに含有する銀の量は比較的低くなると考えられる。上記態様では、銀の含有量が比較的高いパウダー状のシリコンは、風力選別ステップＳ４により、銀の量は比較的低い粒径の大きいシリコンと別個に回収できる。これにより、シリコンを効率的に分別回収することが可能となった。
　風力選別ステップＳ４で選別されたパウダー状のシリコン中にはパウダー状に粉砕された有機物も若干含有されている。したがって、パウダー状のシリコン（第２素材群）に対して、必要に応じて比重分離を行ったり、篩分けを行っても良い。これにより、第２素材群からパウダー状のシリコンから有機物を除去することが可能である。
　上記の素材回収方法によれば、硝酸のようなエッチング液を利用することなく、銅やシリコンのような素材を固体の状態で回収することができる。また、比重選別ステップＳ５によって、銅のような金属材料とシリコンと樹脂材料を別々に回収することも可能になる。特に、風力選別ステップＳ４と比重選別ステップＳ５を併用することにより、銅のような金属材料を高純度で選別することもできるようになる。
　風力選別ステップＳ４で回収された第２素材群は、比重選別ステップＳ５で選別された第２比重物に主に含まれるマテリアルと同じマテリアルであって、第２比重物に主に含まれるマテリアルよりも小粒形のマテリアルを含んでいてよい。光電変換パネルが結晶系シリコンを有する光電変換素子を含む場合、当該マテリアルは、シリコンに相当する。このように、比重選別だけでなく風力選別ステップＳ４を付加的に利用することによって、粒径の小さいパウダー状のマテリアルを個別に回収することができる。これは、光電変換パネルが結晶系シリコンである場合に制限されず、同一のマテリアルが異なる粒径の粉砕物に粉砕される場合には同様に適用され得ることに留意されたい。
　［実施例］
　上記の素材回収システム及び素材回収方法により、光電変換パネル２０から素材を回収した。本実施例では、図３～図５に示すシステムを用いて、シリコン系の太陽電池パネル、具体的には太陽電池パネルからカバーガラス２３と裏側保護層２２を除去した構造物から素材を回収した。具体的には、風力選別ステップＳ４と比重選別ステップＳ５によって、破砕物は、前述した第２素材群と、第１比重物と、第２比重物と、第３比重物と、に分けられた。比重選別ステップＳ５において、ステージ１３２の傾斜は４°であり、ステージ１３２の振動数は４９Ｈｚであった。
　第２素材群、第２比重物、第３比重物のそれぞれに含まれる銅、銀、シリコン、鉛の含有量を測定した結果が以下の表１に示されている。
　（表１）
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
　表１に示す結果から、第２素材群は、主としてシリコンと樹脂材料を含むことがわかる。第２素材群に含まれるシリコンは、パウダー状の微粒子であった。パウダー状のシリコンは、混入している樹脂材料と比重差が大きいため、必要であれば再度比重分離を行ったり、ふるい分けにより容易に選別可能であった。
　比重選別ステップＳ５で選別された第１比重物は、主として樹脂材料を含んでいた。第１比重物は、アスファルトやコンクリートに混入することによってリサイクルできる。なお、第１比重物に含有されるシリコンや金属材料の比率は小さいため、シリコンや金属材料は、別の群に比較的高い純度で回収できていることがわかる。
　比重選別ステップＳ５で選別された第２比重物は、主としてシリコンを含む。第２比重物に含まれる樹脂材料は１％未満であり、第２比重物に含まれるシリコンの比率は９０％を超えている。このように高い純度で比較的粒径の大きいシリコンを回収することができた。
　また、比重選別ステップＳ５で選別された第３比重物は、主として銅を含んでいた。第３比重物に含まれる樹脂材料の比率は、測定限界値以下（ほぼ０％）であった。したがって、高い純度で銅を回収することが可能であることがわかった。
　シリコンは、第２素材群と第２比重物の両方に多く含まれる。しかしながら、第２素材群に含まれるシリコンの平均粒子径は、第２比重物に含まれるシリコンの平均粒子径よりも小さい。このように、本発明の素材回収方法では、平均粒子径の異なるシリコンを別々に回収することができる。
　光電変換パネル２０に含まれる銀が、第２素材群、第１比重物、第２比重物、第３比重物のいずれに選別されたかを測定した結果が以下の表２に示されている。
　（表２）
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
　表２に示す結果から、銀は、主として精錬に適した第２素材群と第２比重物に含まれることがわかった。第２素材群と第２比重物に含まれる銀の量は、銀全体の量の９５．４５％であった。ここで、銀は、硝酸を用いたエッチングでは、５分間の浸漬によって約８０％回収できる。したがって、本発明の素材回収方法は、硝酸を利用したエッチングと比較して高収率で銀を回収できることがわかる。
　上述したように、実施形態を通じて本発明の内容を開示したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替の実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなる。したがって、本発明の技術的範囲は、上述の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
　本出願は２０２２年１月２８日に出願された日本国特許出願２０２２－０１１５８７号に基づく優先権を主張するものであり、当該特許出願の全内容がここに参照により援用される。

 

Claims (14)

  1. 　光電変換パネルを構成する構造物を破砕することによって破砕物を形成する破砕ステップと、
    　前記破砕物を、少なくとも第１比重を有する第１比重物と、前記第１比重よりも大きい比重を有する高比重物とに、比重に基づき分ける比重選別ステップと、を有する、光電変換パネルの素材回収方法。
  2. 　前記比重選別ステップは、前記破砕物を、前記第１比重物と、前記第１比重よりも大きい第２比重を有する第２比重物と、前記第２比重よりも大きい第３比重を有する第３比重物とに、分けることを含む、請求項１に記載の光電変換パネルの素材回収方法。
  3. 　前記比重選別ステップは、前記破砕物中のマテリアルの液体に対する沈降挙動の違いと前記破砕物を載せたステージの振動の少なくとも一方に基づき、前記破砕物を選別することを含む、請求項１又は２に記載の光電変換パネルの素材回収方法。
  4. 　前記破砕物を、前記比重選別ステップで利用する第１素材群と、前記第１素材群よりも軽量かつ前記比重選別ステップで利用しない第２素材群とに、風力によって分ける風力選別ステップを含む、請求項１から３のいずれか１項に記載の光電変換パネルの素材回収方法。
  5. 　前記破砕物を、前記比重選別ステップで利用する第１素材群と、前記第１素材群よりも軽量かつ前記比重選別ステップで利用しない第２素材群とに、風力によって分ける風力選別ステップを含み、
    　前記第２素材群は、前記第２比重物に主に含まれるマテリアルと同じマテリアルであって、前記第２比重物に主に含まれるマテリアルよりも小粒形のマテリアルを含む、請求項２に記載の光電変換パネルの素材回収方法。
  6. 　前記光電変換パネルは、少なくとも銅を含む金属、シリコン及び樹脂を含み、
    　前記第２比重物は、主としてシリコンを含み、
    　前記第３比重物は、主として銅を含む、請求項２又は５に記載の光電変換パネルの素材回収方法。
  7. 　前記破砕ステップの前に前記光電変換パネルからガラス層を除去するステップをさらに有する、請求項１から６のいずれか１項に記載の光電変換パネルの素材回収方法。
  8. 　光電変換パネルを構成する構造物を破砕することによって破砕物を形成する破砕ユニットと、
    　前記破砕物を、少なくとも第１比重を有する第１比重物と、前記第１比重よりも大きい比重を有する高比重物とに、比重に基づき分ける比重選別ユニットと、を有する、光電変換パネル用の素材回収システム。
  9. 　前記比重選別ユニットは、前記破砕物を、前記第１比重物と、前記第１比重よりも大きい第２比重を有する第２比重物と、前記第２比重よりも大きい第３比重を有する第３比重物とに、分けるよう構成されている、請求項８に記載の光電変換パネル用の素材回収システム。
  10. 　前記比重選別ユニットは、沈降挙動の違いに基づき前記破砕物中のマテリアルを選別するための液体を射出する射出口を含む、請求項８又は９に記載の光電変換パネル用の素材回収システム。
  11. 　前記破砕物を、前記比重選別ユニットで利用する第１素材群と、前記第１素材群よりも軽量で前記比重選別ユニットで利用しない第２素材群とに、風力によって分ける風力選別ユニットを含む、請求項８から１０のいずれか１項に記載の光電変換パネル用の素材回収システム。
  12. 　前記風力選別ユニットは、前記破砕物から小粒形のマテリアルを選別するサイクロン型の風力選別機を含む、請求項１１に記載の光電変換パネル用の素材回収システム。
  13. 　前記破砕物中のマテリアルを、前記第１比重物と、前記第２比重物と、前記第３比重物に分けるよう振動可能なステージを有する、請求項９に記載の光電変換パネル用の素材回収システム。
  14. 　前記比重選別ユニットで選別されたマテリアルを乾燥する乾燥ユニットを有する、請求項８から１３のいずれか１項に記載の光電変換パネル用の素材回収システム。

     
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