[详解]如何清洗废旧的太阳能电池?

通过化学、热、机械等工艺得到的无损太阳能电池,一般需要去除电池表面的杂质,如正面银电极、背面铝电极、减反射层和发射级(或p-n结)等以制造再生电池,通常使用化学刻蚀液对其进行刻蚀清洗。

传统单晶和多晶电池主要技术为铝背场技术(Al-BSF)。铝背场电池通常采用p型硅作为衬底,在p型硅衬底迎光面上是n型发射级,其与p型硅衬底构成p-n结。在n型发射级的表面上形成织构化结构,织构化结构上沉积一层减反射层(如SiNx)。前电极一般为银栅线,穿透减反射层并与下面的n型发射级形成欧姆接触。在p型衬底的背面是掺杂浓度更高的p+背场,背场下方与之形成欧姆接触的一般为铝背电极。

太阳能电池的刻蚀清洗已经开发了多种不同的方案,但通常都会使用到HF和HNO3。实验所用的HNO3是一种强氧化性酸,可溶解银等金属,HF是一种弱酸,形成络合物的能力强,使用HF对于去除含有硅酸盐的金属杂质是至关重要的。将HF和HNO3或H2SO4混合,加以HNO3和H2SO4强酸的特性,促进单一类型酸所不能溶解金属材料的溶解。

太阳能电池刻蚀清洗方案及最大硅产量

尽管HF是弱酸,但其具有极强的腐蚀性,属于高度危害毒物。因此,许多学者研究使用不含HF的刻蚀工艺对太阳能电池进行刻蚀清洗。

方案1:机械研磨去除减反射层和发射级

使用HNO3去除硅片表面的银电极后,通过机械研磨的方式去除硅片正面的减反射层和发射级,随后采用KOH溶液去除硅片背面的铝背场及背电极,得到纯净的硅片。

缺点:采用机械研磨会在硅片表面留下机械划痕影响其强度,在研磨过程中可能直接导致硅片的破损。

方案2:刻蚀膏去除减反射层

使用HNO3溶液和KOH溶液去除银电极和铝电极之后,将含有磷酸的刻蚀膏涂抹在硅片表面上以去除电池表面的减反射层。值得注意的是,采用刻蚀液清洗太阳能电池片需要平衡硅的纯度及回收率之间的关系。

太阳能电池刻蚀膏刻蚀清洗流程

缺点:刻蚀液清洗时间过短,不足以完全去除电池硅片表面的杂质,硅片的纯度较低;清洗时间过长,硅片表面的杂质基本全部去除,但会导致刻蚀液对硅片的刻蚀溶解,通过刻蚀液清洗硅片后,得到的硅料纯度达到99.999999%(8N),但硅的回收率却只有62%,38%的硅在NaOH溶液中损失了。

总结

虽然采用化学刻蚀硅片的方式很有吸引力,但它也有比较大的缺点。不同的光伏组件制造商往往使用不同的技术和材料(如常用的减反射膜材料有Si3N4、MgF2和TiO2等),意味着对于特定的太阳能电池可能需要不同的化学试剂和工艺,使得整个过程变得相当复杂和昂贵,且蚀刻液不仅具有腐蚀性,还具有毒性,处理过程必须在通风的特殊容器中进行。