废弃光伏组件热解产物中晶硅资源化回收和反应机理

作     者：李炜垚 

作者单位：中南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：焦芬

授予年度：2023年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：废弃光伏组件 浸出 刻蚀 晶硅回收 

摘      要：光伏发电装机量近年来呈几何增长趋势,受到使用寿命的限制,报废光伏组件的数量急剧增加,亟需妥善处理。为实现废弃光伏组件的资源化,本论文系统研究了废弃光伏组件热解产物中有价金属元素铝、银的浸出规律以及晶硅回收的刻蚀行为和反应机理。本论文的主要结论和创新点如下:(1)氧化浸出实验研究表明,在HSO浓度80.00 g/L、温度75℃、时间180 min、液固比8:1 m L/g、HO浓度25 g/L、HO滴加速率0.56m L/min、搅拌速率200 r/min的条件下,废弃光伏组件热解产物中有价金属元素铝、银的浸出率分别为98.16%和98.08%。铝、银浸出过程受界面化学反应控制,活化能分别为48.18 k J/mol和43.17 k J/mol。(2)废弃光伏组件热解产物中电池片上铝电极的浸出是晶硅回收的预处理步骤和铝元素资源化的重要过程,在单因素条件的基础上,本研究采用“响应曲面法对铝电极的浸出条件进行优化,研究表明,在HSO浓度70.36 g/L,温度85.23℃,液固比9.35:1 m L/g,时间120 min条件下,铝电极的浸出率为98.70%。(3)为实现废弃光伏组件热解产物中晶硅的资源化回收,本研究在HF-HNO刻蚀体系中对预处理后的电池片进行高效提纯,研究表明,在时间300 s、HF浓度89.60 g/L、HNO浓度112.00 g/L、温度60℃条件下,电池片表面的SiN被完全去除,晶硅的回收率为96.31%。在最优条件下,晶硅回收过程中的刻蚀速率为15.60 nm/s,刻蚀速率较为合适。硅片表面粗糙度和反射率的研究发现,刻蚀液中HF浓度越高,硅片表面越粗糙,反射率越低;刻蚀液中HNO浓度越高,硅片表面越平整,反射率越高。回收晶硅的性能检测显示,本研究所回收的晶硅的粗糙度、反射率、厚度、电阻率等均符合要求,表明从废弃光伏组件热解产物中回收晶硅具有可行性和经济价值。图80幅,表22个,参考文献95篇