光伏电池硅的循环利用

无论是太阳能电池还是硅芯片，都有一定的使用寿命，当这些产品达到寿命被替换之后，如此多的硅将如何处理？循环利用是较为可行的技术方案。不过，多晶硅的价格变动幅度很大，在2005年时，多晶硅价格仅为30美元/千克，到2008年则一路飙升到接近500美元/千克，但今后数年内，由于产能大于需求，价格可能降到100美元/千克以下，接近国内企业的生产成本（70～100美元/千克），而国外大企业的生产成本则仅为30美元/千克。如果硅循环利用的成本超过这个价格，企业将很难产生使用再生硅的热情。推动硅的循环利用，除了环境保护的法律制约之外，降低循环利用的成本也是一种重要的手段，这就要求科学家们开发更便宜，更清洁的硅循环利用技术。

硅是制造太阳能光伏电池的重要原料。芯片级多晶硅的纯度级别要求达到9个“9”以上（9N～12N），而光伏电池需要的多晶硅纯度级别为6个“9”（6N）。回收的硅片如何处理才能变成制造这些高纯度产品的原料？此外，多晶硅生产过程中还会生成大量的副产物，它们还能够利用吗？

光伏电池的生产和封装过程中会有一定的废品率，一般为2~4%，随着太阳能产业的爆发式发展，在生产过程中损失的硅片总量会逐渐增加。同时，光伏电池也有一定的使用寿命，在它们完成自己的使命之后，也需要循环利用，以免造成沉重的环境负担。

在生产过程中产生的光伏电池碎片先回收银质小组件，再经过处理和重新冶炼，还可以继续作为光伏电池原料使用。废弃的光伏电池则需先进行拆解，然后回收。这些硅除了可以重复用于光伏电池产业以外，还可以制成碳化硅和氮化硅等电工和陶瓷材料。目前全球已经有Solarworld等多家公司从事废弃光伏电池的重复利用工作。

多晶硅的生产工艺主要有改良西门子法、硅烷法和物理提纯法等等，其中应用最广泛的是改良西门子法。该方法首先用硅粉和氯化氢反应，生成三氯硅烷（或称三氯硅氢），三氯硅烷经过分馏和精馏后，得到高纯三氯硅烷，再被氢气还原，以气相沉积法在初始的高纯多晶硅细棒上沉积生成高纯硅。在这一工艺基础上；采用尾气干法回收工艺，并用回收的四氯硅烷氢化再生成三氯硅烷重复利用，可节约大量原料。不过，由于该法一次转化率较低，全球多晶硅产业每年依然产生大量的四氯硅烷。目前流行的做法是利用四氯硅烷生产气相法白炭黑（二氧化硅），这是一种高附加值的产品，被广泛用于橡胶、塑料和高级涂料的填料，所生成的副产物氯化氢经回收后，还可用于生产三氯硅烷。德国的瓦克公司和日本德山公司目前都使用这种工艺处理四氯硅烷。