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在向碳中和能源系统过渡的过程中，硅 (Si) 太阳能电池板的生产和使用正在飙升。由于c-Si太阳能电池板的使用寿命约为30年，到2050年，光伏废物累计将达到8000万吨。 报废(EoL)光伏电池远非废物，而是有价值的城市矿物，可用于提取材料以重新制造光伏电池，从而完成材料循环。因此，迫切需要开发一种有效的回收方法来处理报废的Si太阳能电池板。基于此，武汉大学汪的华、尹华意等人报告了一种简单的回收报废Si太阳能电池板中Ag和Si的盐蚀刻方法，无需使用有毒的矿物酸，避免产生二次污染。蚀刻过程利用熔融氢氧化物的高腐蚀性实现，熔融氢氧化物通过自上而下的方向自发地与Si晶片表面的SiNx、SiO2、Al2O3和Al发生反应，从而直接将Ag从 Si晶片中分离出来。蚀刻过程仅需180秒即可从报废 Si 太阳能电池板中回收>99.0%的Ag和>98.0%的Si。此外，还通过联合氧化、碱性浸出和电沉积方法回收Si太阳能电池板中的Cu、Pb、Sn和Al。总的来说，这项研究提出了一种可持续管理报废硅太阳能电池板的可行方法，为循环经济铺平了道路。EoL Si PV板回收利用包括通过感应熔炼回收铝框架和玻璃，首先，通过结有机物的热解拆卸PV板以获得c-Si电池、铝框架、玻璃和焊料条；其次，将获得的c-Si电池在熔盐中蚀刻以去除表面涂层并同时剥离Ag线；第三，将获得的焊料在空气中氧化，将Pb-Sn涂层转化为溶解在 NaOH溶液中的氧化物，留下Cu带；最后，通过逐步电沉积获得Pb和 Sn/SnO2。通过处理四种不同类型的c-Si太阳能电池，回收的银线纯度高于99.5%，Si的纯度达到 99.99%。
之所以选择熔融的 NaOH-KOH，是因为其共晶温度相对较低（~166°C）且碱度较高。为了降低熔融的NaOH-KOH的粘度，作者在200°C以上的温度下进行盐处理，采用了三种不同的方法使熔盐与硅太阳能电池接触，发现盐浸加热 (SDH) 方法在银的完全收集、反应时间短和操作温度低方面是最好的。
作者使用SDH方法用熔融的NaOH-KOH处理四种类型的Si太阳能电池，虽然四种类型的太阳能电池不同，但SDH方法适用于在180秒内释放Ag并充分去除表面涂层。为了扩大SDH方法的规模，作者将100 g Al-BSF Si太阳能电池在200°C的熔融NaOH-KOH中处理 90 秒。经过盐蚀刻后，从两种类型的Si太阳能电池中都获得了银线和纯 Si 晶片。获得的银线保持其原始结构，纯度为 99.5%。此外，还研究了盐的可回收性，整个回收过程仅产生Na2SiO3 和NaAlO2副产品。
通过热力学分析和实验研究，作者研究了盐蚀机理，并展示了详细的盐蚀刻机理，表明蚀刻使SiNx、SiO2和Al2O3选择性溶解，从而实现Ag线与Si晶片的分离。还使用FactSage软件研究了熔融NaOH-KOH-Na2SiO3和NaOH-KOH-NaAlO2的相平衡和热力学性质。最终表明熔盐蚀刻是一种利用碱性溶液与 Si 太阳能电池之间的表面反应来处理不同类型 Si 太阳能电池的通用方法。作者还通过氧化-溶解-电沉积法从废焊料中回收了Cu、Pb和Sn，选择性氧化和碱性浸出可以将Pb-Sn与Cu分离，而无需使用强酸和多个分离步骤。Pb 的热力学沉积电位比 Sn 的热力学沉积电位正0.35 V，Cu沉积电位比 Pb 的热力学沉积电位正 0.31 V，因此可以预电沉积，最终废焊料被回收为Cu、Pb、Sn和SnO2。
图 通过氧化、碱浸出和电化学沉积回收焊锡条中的铜、铅和锡
作者使用SimaPro软件进行生命周期评估 (LCA)，将其环境影响与典型的碱-酸-电解回收法和改进的反向电镀-碱-酸回收法进行比较。为了更好地了解 EoL c-Si面板中银、硅、铜、铅、锡、铝和玻璃等有价值材料的全面回收，对银、硅、铜、铅、锡、铝和玻璃的工业制造进行了LCA 分析，证实了全面回收 EoL 光伏板中矿物材料的可持续、绿色和经济途径是实现绿色低碳光伏系统的关键。
图 四种情景对EOL Al-BSF Si电池中Ag和Si回收的环境影响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
