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南开大学孙云教授提醒:晶硅组件的环境污染问题不可忽视

光伏电池组件  来源:北极星太阳能光伏网(独家)    2014/6/27 17:58:02  我要投稿  

北极星太阳能光伏网讯:近年来世界很多国家持之以恒地在光伏领域投入研发力量,其中低成本、大面积的CIGS(铜铟镓硒)电池已经可以看见成效。其市场份额虽然只占整个光伏市场的不足10%,但随着CIGS制造技术获得突破以及技术成熟度的提高,该产品将打破光伏市场晶体硅电池单一垄断,以其卓越的性价比成为一种非同质化的高端产品,将会占据越来越大的市场份额。

南开大学电子信息与光学工程学院光电子薄膜器件与技术研究院教授、博士生导师孙云

记者:孙教授,您好!请问目前晶体硅电池在生产过程中的污染主要有哪几个环节?当前现状如何?是否能够通过技术及设备得到有效解决?

孙云:我觉得主要污染在硅原料及硅片生产这一环节,因为石英砂制成硅原料的过程中,需要由碳产生二氧化碳来脱氧,制成纯度达到97%以上的工业硅,依靠酸洗使其纯度达到99.7%~99.9%。无论是通氯产生四氯化硅,还是通过盐酸处理产生三氯氢硅,都要经过精馏提纯,再由氢还原凝结为高纯度的多晶硅原料。这一过程很大部分是在高温下进行。将硅原料铸锭或拉单晶也要在真空条件下,高于硅的熔点1410℃经过一定时间来完成。因此硅片生产的全部过程中,二氧化碳的排放、化学废液的处理、含氯气体或液体的泄漏,都将对环境造成不同程度的污染。另外,在硅片上扩散pn结也要在900℃以上进行,因此晶硅电池全过程的高能耗,带来的大量温室气体的排放不得不引起人们的关注,尤其是产量越大,其问题越突出。美国西北大学与能源部直属的阿冈国家实验室的研究团队发现,在中国制造太阳电池组件再运到欧洲安装,其碳足迹将是在欧洲本地制造和安装的2倍。主要指的是中国对工厂的环保与效能标准要求较少,提炼和生产晶硅电池过程需要大量的能源,而中国在这个过程中使用的能源是比欧洲的同行所用更多的化石能源,而且能源利用率较低。所以通常所说的高污染、高能耗就是以上说的这两个方面。

记者:请问晶硅电池生产环节存在污染是个案还是集体存在?是行业的问题,还是企业自身的问题?

孙云:除了硅原料之外,我认为晶硅电池生产并不是整个产业链都有污染,例如组件封装生产环节几乎就没有污染,扩散过程酸碱清洗、腐蚀制绒、刻槽等工艺会用到一些酸碱性的东西,在排放前需要处理,但还是要比薄膜电池有更大地投入加以防范。薄膜电池组件清洗玻璃或其他基底,不需要酸碱刻蚀,用的都是少量的有机清洗剂,不仅没有酸碱的污染,而且是真空镀膜,光伏材料和电池组件制造同时在一个车间内完成,所以薄膜电池在这方面基本上没有污染。

我觉得晶硅电池产业链的污染,除了碳排放之外,以目前的技术使生产过程产生污染是企业自身的问题,主要看配套设施齐不齐全,如果配套实施比较齐全、再加上严格管理,即使生产成本高一些,但是污染这个问题还是可以避免的。

记者:您作为行业的学术带头人,您的专业是研究CIGS薄膜电池。在您看来,该技术方向是否存在污染的问题?

孙云:目前为止,我们还没有发现CIGS有严重的污染问题。采用后硒化技术制备CIGS薄膜,一般使用剧毒气体硒化氢(H2Se),由于有废气处理装置,最终排放应该没有问题。另外,大部分CIGS电池里有一过渡层硫化镉(CdS)约50纳米,由湿法工艺(CBD)制备,其废液里面含有少量的重金属镉(Cd),经处理后可达到国家标准后再排放。CIGS电池中的Cd含量比碲化镉(CdTe)电池相差甚远,CdTe电池里含Cd层大约5~7微米。CdTe和CdS这两种薄膜都很稳定,模拟火灾上千摄氏度情况下没有发现镉的挥发,电池组件封装好了更不会造成污染。若是有污染问题,德国、美国就不会允许生产了。目前,国外已有CIGS电池企业采用无镉过渡层工艺,如日本SolarFrontier的CIGS电池产品,就不含有Cd这一元素,这也从侧面反映了Cd是可以从CIGS电池中去除,这也是该产品发展的重要方向。

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