昆明理工大学/云南大学AFM：废旧光伏组件快速循环回收方面取得新进展！

铜铟镓硒（CIGS）光伏组件由于其低温系数低和对紫外、红外线辐射的良好吸收，在薄膜太阳能电池市场占有关键地位。2023年，全球CIGS光伏组件装机容量超过12GW, 预计到2035年，CIGS废弃组件的数量将达到近5万吨。废弃CIGS光伏组件中包含In、Ga等关键金属资源。退役光伏组件各层间的解封是回收有价金属的必要前提，研发绿色、高效分离回收技术是实现退役光伏组件清洁回收的关键。

基于此，昆明理工大学陆继军特聘教授/李绍元教授、云南大学马文会教授等人在国际知名期刊 Advanced Functional Materials 上发表题为“Full Component Cycling of Spent CIGS Solar Cells by Transient Pressure Differential”的文章。该文章利用废弃CIGS光伏组件的自身特性，提出了一种瞬时压差分离策略，仅以水为介质150s实现CIGS废弃光伏组件的绿色、高效全组分分离回收。

图1. 废弃CIGS光伏组件分离示意图

本研究提出了一种瞬时压差分离技术，该技术依赖于高压水蒸气在压力释放过程中的快速膨胀。与传统分离回收工艺相比，仅使用水作为介质，在150秒内高效分离回收废弃CIGS光伏组件的全部组分，从而最大限度地减少了各组分损坏和有价值元素的损失。增强了铟、镓和硒等稀有金属的富集，显著提高了它们的浸出效率。回收的EVA和PET具有与商业材料相当的性能，有望循环再利用。为光伏产业的绿色可持续发展提供了新的途径。

图2 a)压力和曲率对废CIGS光伏组件分离效率的影响。b)温度与压力的关系。c)说明压力和曲率对分离影响的物理图；d)分离效果。

要点二：稀有金属富集程度和酸浸效率提升

层间分离后CIGS光伏组件中铟和镓等稀有金属富集程度提高3倍左右。废弃CIGS光伏组件经瞬时压差技术处理后，其电池片的暴露显著提升了酸浸回收效率。这突出了层间分离的重要性，是从废弃光伏组件中回收稀有金属的关键的第一步。

图3 a)酸浸工艺。b)盐酸浸出。c)提高盐酸浸出效率。d)硫酸浸出。e)提高硫酸浸出效率

要点三：LCA和经济分析显示出与传统分离回收工艺相比具有更低的碳足迹、更少的环境影响和更低的成本

为了更全面地评估不同回收技术对环境的影响，采用LCA综合评价该方法分离回收退役太阳能电池的环境影响。通过CML 2002方法评估了非生物耗竭、酸化和富营养化的潜在影响。使用CML 2001方法评估臭氧消耗潜力和土地利用。通过IPCC 2013、IMPACT 2002+和ReCiPe方法分别评估了全球变暖势、呼吸无机物和光化学氧化剂形成势。结合经济分析表明，瞬时压差技术相比传统分离回收工艺具有更低的碳足迹、更少的环境影响和更低的成本。

图4 a)四种情景 b)成本比较 c)能耗比较 d)碳排放比较

要点四：可拓展性

验证了该方法在其他多层复合器件中层间解封的可行性。例如，可实现退役晶硅光伏组件解封。该方法具有高效、无毒、有价金属回收率高等优点，在多层复合结构光伏组件回收领域具有很大的发展潜力。

Full Component Cycling of Spent CIGS Solar Cells by Transient Pressure Differential

包昊晨，昆明理工大学2023届硕士研究生，中共党员。以第一作者在Advanced Functional Materials期刊发表论文1篇，申请国家专利两项。