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在向碳中和能源系統過渡的過程中，硅 (Si) 太陽能電池板的生產和使用正在飆升。由于c-Si太陽能電池板的使用壽命約為30年，到2050年，光伏廢物累計將達到8000萬噸。 報廢(EoL)光伏電池遠非廢物，而是有價值的城市礦物，可用于提取材料以重新制造光伏電池，從而完成材料循環。因此，迫切需要開發一種有效的回收方法來處理報廢的Si太陽能電池板。基于此，武漢大學汪的華、尹華意等人報告了一種簡單的回收報廢Si太陽能電池板中Ag和Si的鹽蝕刻方法，無需使用有毒的礦物酸，避免產生二次污染。蝕刻過程利用熔融氫氧化物的高腐蝕性實現，熔融氫氧化物通過自上而下的方向自發地與Si晶片表面的SiNx、SiO2、Al2O3和Al發生反應，從而直接將Ag從 Si晶片中分離出來。蝕刻過程僅需180秒即可從報廢 Si 太陽能電池板中回收>99.0%的Ag和>98.0%的Si。此外，還通過聯合氧化、堿性浸出和電沉積方法回收Si太陽能電池板中的Cu、Pb、Sn和Al。總的來說，這項研究提出了一種可持續管理報廢硅太陽能電池板的可行方法，為循環經濟鋪平了道路。EoL Si PV板回收利用包括通過感應熔煉回收鋁框架和玻璃，首先，通過結有機物的熱解拆卸PV板以獲得c-Si電池、鋁框架、玻璃和焊料條；其次，將獲得的c-Si電池在熔鹽中蝕刻以去除表面涂層并同時剝離Ag線；第三，將獲得的焊料在空氣中氧化，將Pb-Sn涂層轉化為溶解在 NaOH溶液中的氧化物，留下Cu帶；最后，通過逐步電沉積獲得Pb和 Sn/SnO2。通過處理四種不同類型的c-Si太陽能電池，回收的銀線純度高于99.5%，Si的純度達到 99.99%。
之所以選擇熔融的 NaOH-KOH，是因為其共晶溫度相對較低（~166°C）且堿度較高。為了降低熔融的NaOH-KOH的粘度，作者在200°C以上的溫度下進行鹽處理，采用了三種不同的方法使熔鹽與硅太陽能電池接觸，發現鹽浸加熱 (SDH) 方法在銀的完全收集、反應時間短和操作溫度低方面是最好的。
作者使用SDH方法用熔融的NaOH-KOH處理四種類型的Si太陽能電池，雖然四種類型的太陽能電池不同，但SDH方法適用于在180秒內釋放Ag并充分去除表面涂層。為了擴大SDH方法的規模，作者將100 g Al-BSF Si太陽能電池在200°C的熔融NaOH-KOH中處理 90 秒。經過鹽蝕刻后，從兩種類型的Si太陽能電池中都獲得了銀線和純 Si 晶片。獲得的銀線保持其原始結構，純度為 99.5%。此外，還研究了鹽的可回收性，整個回收過程僅產生Na2SiO3 和NaAlO2副產品。
通過熱力學分析和實驗研究，作者研究了鹽蝕機理，并展示了詳細的鹽蝕刻機理，表明蝕刻使SiNx、SiO2和Al2O3選擇性溶解，從而實現Ag線與Si晶片的分離。還使用FactSage軟件研究了熔融NaOH-KOH-Na2SiO3和NaOH-KOH-NaAlO2的相平衡和熱力學性質。最終表明熔鹽蝕刻是一種利用堿性溶液與 Si 太陽能電池之間的表面反應來處理不同類型 Si 太陽能電池的通用方法。作者還通過氧化-溶解-電沉積法從廢焊料中回收了Cu、Pb和Sn，選擇性氧化和堿性浸出可以將Pb-Sn與Cu分離，而無需使用強酸和多個分離步驟。Pb 的熱力學沉積電位比 Sn 的熱力學沉積電位正0.35 V，Cu沉積電位比 Pb 的熱力學沉積電位正 0.31 V，因此可以預電沉積，最終廢焊料被回收為Cu、Pb、Sn和SnO2。
圖 通過氧化、堿浸出和電化學沉積回收焊錫條中的銅、鉛和錫
作者使用SimaPro軟件進行生命周期評估 (LCA)，將其環境影響與典型的堿-酸-電解回收法和改進的反向電鍍-堿-酸回收法進行比較。為了更好地了解 EoL c-Si面板中銀、硅、銅、鉛、錫、鋁和玻璃等有價值材料的全面回收，對銀、硅、銅、鉛、錫、鋁和玻璃的工業制造進行了LCA 分析，證實了全面回收 EoL 光伏板中礦物材料的可持續、綠色和經濟途徑是實現綠色低碳光伏系統的關鍵。
圖 四種情景對EOL Al-BSF Si電池中Ag和Si回收的環境影響Gao, S., Chen, X., Qu, J.et al. Recycling of silicon solar panels through a salt-etching approach. Nat Sustain (2024). https://doi.org/10.1038/s41893-024-01360-4
