利用太阳能电池废旧玻璃提纯多晶硅废料的方法

372 编辑：中冶有色技术网来源：大连理工大学

2023-12-20 15:46:48

权利要求书： 1.一种利用太阳能电池废旧玻璃提纯多晶硅废料的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)获取晶硅废料备用；

(2)将废旧太阳能电池组件破碎剥离，获得玻璃碎渣；

(3)将玻璃碎渣与辅料混匀得到精炼渣；

(4)将晶硅废料和精炼渣按照一定质量比放入坩埚中，精炼渣与晶硅废料的质量比为

1?10:1；

(5)将盛有晶硅废料和精炼渣的坩埚放入高温炉内，设置高温炉工作温度为1450?1700℃，保温0.5?5h，进行保温精炼1?5次，随后分离硅渣两相；

所述步骤(3)中，所述辅料为氧化钙、二氧化硅和氟化钙。

2.根据权要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中玻璃碎渣的直径为0.6?1mm。

3.根据权要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，精炼渣中玻璃占比为50?

95％。

4.根据权要求1所述的方法，其特征在于，每次保温精炼结束后，将渣倾倒掉，同时放入新配制的精炼渣，继续进行保温精炼。

5.根据权要求1所述的方法，其特征在于，保温精炼过程在空气气氛下进行。

说明书：一种利用太阳能电池废旧玻璃提纯多晶硅废料的方法技术领域[0001] 本发明属于太阳能废弃组件回收利用领域，具体涉及一种利用太阳能电池废旧玻璃提纯多晶硅废料的方法。背景技术[0002] 近年来，随着新能源行业不断发展，太阳能组件需求与比重越来越大，随之产生大量晶硅废料和废旧太阳能电池组件。[0003] 太阳能电池组件使用寿命为20年，但实际使用寿命仅为10年左右。随着最早一批太阳能电池组件的逐步退役，针对太阳能电池组件的回收再利用技术亟待开发。晶体硅太阳能电池组件的主要组成有：铝框、玻璃，EA封装胶膜，TPT背板、接线器、硅基太阳能电池片。其中，铝框和接线器可通过机械自动化的设备去除回收，技术较为成熟。而剩下的材料尚未得到有效利用，特别是玻璃这种材料，占报废太阳能电池组件70％，直接丢弃会造成极大的资源浪费。因此，有必要针对这些失效的电池组件予以处理，将各部件材料回收后予以重新利用。[0004] 太阳能电池产业制造中，主要的硅废料包括铸锭废料和晶硅切片过程中产生的晶硅切削废料。制备太阳能级多晶硅的铸锭过程中，铸锭的出成率仅为70％，由于顶部、底部和四周的杂质含量过高，大多数工厂直接弃用这部分边皮料，最终成为废弃物。在多线切割法生产多晶硅片过程中，至少会造成40％以上的硅粉与碳化硅磨料混杂形成切割废料，这些切割废料目前基本上处于堆放或低价值利用状态。硅废料包含Al等金属杂质和碳化硅、氮化硅等夹杂物。因此，选择适当的方法分离SiC等夹杂物对于回收、提纯太阳能电池废硅料至关重要的。[0005] 目前针对光伏组件中的废旧玻璃和晶硅废料尚未有明确且有效的循环再利用手段。针对晶硅废料提纯工业技术尚不成熟，对于废旧玻璃的回收处理手段匮乏，所以常规做法都是直接废弃，但会造成其中可利用材料的损失，从而导致资源浪费和加重环境负担。另一方面，针对多晶硅尾料中碳化硅、氮化硅等硬质夹杂，新兴的造渣精炼法取得了一定效果，但使用渣剂量大，给废料回收增加了成本。因此选择成本低廉、高效的的新型渣剂进行硅废料回收是当前重要的研究方向之一。发明内容[0006] 本发明提供一种利用太阳能电池废旧玻璃提纯多晶硅废料的方法，将废旧玻璃作为精炼渣使用，操作简单，过程无污染物产生。玻璃精炼渣熔点低、粘度小，不仅与夹杂物润湿性好，还与Al等杂质亲和力强，因此可以有效去除晶硅废料中的夹杂物和金属杂质。[0007] 为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：[0008] 一种利用太阳能电池废旧玻璃提纯多晶硅废料的方法，所述方法包括以下步骤：[0009] (1)获取晶硅废料备用；[0010] (2)将废旧太阳能电池组件破碎剥离，获得玻璃碎渣；[0011] (3)将玻璃碎渣与辅料混匀得到精炼渣；[0012] (4)将晶硅废料和精炼渣按照一定质量比放入坩埚中，精炼渣与晶硅废料的质量比为1?10:1；[0013] (5)将盛有晶硅废料和精炼渣的坩埚放入高温炉内，设置高温炉工作温度为1450?1700℃，保温0.5?5h，进行保温精炼1?5次，随后分离硅渣两相。

[0014] 上述技术方案中，进一步地，所述步骤(2)中玻璃碎渣的直径为0.6?1mm。[0015] 上述技术方案中，进一步地，所述步骤(3)中，精炼渣中玻璃占比为50?95％。[0016] 上述技术方案中，进一步地，所述步骤(3)中，所述辅料包括氟化物、氯化物和氧化物中的一种或几种。[0017] 上述技术方案中，进一步地，每次保温精炼结束后，将渣倾倒掉，同时放入新配制的精炼渣，继续进行保温精炼。[0018] 上述技术方案中，进一步地，保温精炼过程中在空气气氛下进行。[0019] 本发明将太阳能电池组件中废弃玻璃与辅料组成精炼渣，在高温作用下将晶硅废料与精炼渣共熔，利用精炼渣与非金属夹杂物之间良好的润湿性以及精炼渣中氧与铝等杂质之间良好的亲和力，使用精炼渣去除晶硅废料中的夹杂物和金属杂质，最终通过渣硅分离获得高纯的晶硅材料，一步即可实现晶硅废料与太阳能电池组件废旧玻璃的回收再利用。该方法成本低廉，夹杂物和金属杂质的去除效率高，过程无污染，同时分离后的精炼渣剂还可作为玻璃、大理石等的原料再生产，增加了技术的经济性。[0020] 本发明的有益效果为：[0021] 传统的造渣精炼多用于去除Al、Mg、Ba、Ca、B、P等杂质，后续仍须定向凝固手段去除非金属夹杂物，并且传统造渣手段需要配制渣剂用以造渣精炼，渣剂熔点高、粘度大，分离效果有限；而本发明的方法可以直接利用废弃的玻璃碎渣作为精炼渣主要成分，操作方便，大大提高了非金属夹杂物的去除率，改善多晶硅品质，本发明方法提纯后硅纯度为2N?6N，其中夹杂物低于1％，其次，渣剂的选择也实现了太阳能电池组件废物再利用，极大地降低了回收成本。

[0022] 本发明是一种低成本、环境友好的生产方法，属于节能、环保的绿色制造技术。该技术的大规模应用和推广，可提高企业的市场竞争力，保护环境。附图说明[0023] 图1为本发明利用太阳能电池废旧玻璃提纯多晶硅废料的方法的流程图。具体实施方式[0024] 以下实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。[0025] 实施例1[0026] (1)取6kg硅屑备用；[0027] (2)将废旧太阳能电池组件破碎剥离，处理后得到10kg玻璃碎渣，与2kg由质量百分比为45％的氧化钙、45％的二氧化硅和10％的氟化钙组成的辅料混匀得到精炼渣；[0028] (3)将上述硅屑和精炼渣放入氧化铝坩埚中；[0029] (4)坩埚放入感应炉炉腔中心位置，保证坩埚受热均匀，同时利用电磁作用提高非金属夹杂物的迁移效果；[0030] (5)设置感应炉工作参数，工作温度1600℃，保温时间2h，保温过程在空气气氛中进行，进行第一次保温精炼；[0031] (6)保温结束后，高温下将坩埚中渣硅混合熔体向炉外水冷铜坩埚中倾倒，倒出渣熔体，继续向硅熔体中加入新的精炼渣进行第二次保温精炼，高温下连续作业；[0032] (7)第二次精炼结束后，高温下倒出渣熔体实现硅渣分离，将提纯后的硅作为后续工艺生产的原料，精炼渣剂用于玻璃等的工业生产。[0033] 经实施例1的方法提纯后的多晶硅纯度达到99.99％。[0034] 实施例2[0035] (1)取6kg硅屑备用；[0036] (2)将废旧太阳能电池组件破碎剥离，处理后得到10kg玻璃碎渣，与2kg由质量百分比为45％的氧化钙、45％的二氧化硅和10％的氟化钙组成的辅料混匀得到精炼渣；[0037] (3)将上述硅屑和精炼渣放入氧化铝坩埚中；[0038] (4)将坩埚放入马弗炉炉腔中心位置，保证坩埚受热均匀；[0039] (5)设置马弗炉工作参数，工作温度1600℃，保温时间2h，保温过程在空气气氛中进行，进行第一次保温精炼；[0040] (6)保温结束后，高温下将坩埚中渣硅混合熔体向炉外水冷铜坩埚中倾倒，倒出渣熔体，继续向硅熔体中加入新的精炼渣进行第二次精炼，高温下连续作业；[0041] (7)第二次精炼结束后，高温下倒出渣熔体实现硅渣分离，将提纯后的硅作为后续工艺生产的原料，精炼渣剂用于玻璃等的工业生产。[0042] 以上实施例仅仅是本发明的优选施例，并非对于实施方式的限定。本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。