使用连续激光从报废双面玻璃光伏组件中分离硅片

为什么报废的太阳能电池板仍然重要

太阳能正在遍布全球的屋顶和沙漠，但那些闪亮的电池板并非永恒。随着第一批太阳能电场进入报废阶段，数百万吨的报废电池板需要得到安全处理。被掩埋或焚烧时，它们可能泄露有毒物质并浪费有价值的金属和高纯度硅。本研究探索了一种更清洁的拆解方式，针对一种较新的组件类型——双面玻璃组件，利用精心调控的激光照射，使关键部件可以被回收再用，而不是被丢弃。

这些太阳能电池板有何不同

传统电池板通常只从一面收集光，并带有塑料背板。相比之下，双面组件两侧均为玻璃，能从前后两面捕捉光线，从而提高发电量。在玻璃层之间是由透明塑料 EVA 固定的薄硅片，以及有助于更高效捕光的防反射涂层。这额外的玻璃和涂层提高了制造成本，但在组件寿命期内降低了每千瓦时的成本。随着双面设计迅速占领市场，在其寿命终结时找到一种安全、高效的拆解方法以处理这些更复杂的层叠结构已变得迫切。

现有回收路径为何不足

目前，回收商主要依赖三种方法来分离电池板内部层：热法通过加热使 EVA 分解，这种方法可行但能耗高，且可能释放有害烟气需要额外处理；化学法将面板浸入有机溶剂以溶解或膨胀 EVA，过程缓慢，需大量昂贵化学品并产生受污染的液体废物；物理法则粉碎面板，再按尺寸、电荷或密度分离，这会将材料混合，难以回收诸如完整硅片等高价值纯净产品。这些方法都不太适合双玻璃双面组件，因为这类组件更难以被干净地拆解。

将激光光作为精密工具

研究人员提出了一种不同策略：通过玻璃和 EVA 照射一束强劲但受控的连续激光，使其主要被硅片吸收。由于处理时组件未连接电线，吸收的光直接在硅片表面转化为热量。通过调节激光功率、频率和“开-关”时序，团队将局部温度提高到足以削弱粘结而不烧毁塑料或产生烟雾的水平。在优化设置下（1200 W 功率、2000 Hz 频率、5% 占空比），激光破坏了薄薄的防反射涂层并略微改变了与硅片接触的极薄 EVA 层。这种双重效应去除了 EVA 与硅片粘附的“抓点”，同时保持大块塑料和玻璃的完整。

面板内部发生了什么

显微图像和表面化学测量显示，在受激光照射的一侧，主要由氮化硅构成的防反射涂层逐步被破坏并部分转化为氧化硅。随着该涂层消失，将 EVA 从硅片上剥离所需的力几乎降为零。与此同时，针对 EVA 的测试表明，仅有一层微薄的界面层受到影响：一些化学键断裂并释放出像醋酸这样的小分子，短暂降低了粘性，但聚合物的主体网络仍然完好。就实际效果而言，当处理后的组件被打开时，激光侧的玻璃和 EVA 可以干净剥离，几乎在硅片上不留残迹，硅片大多作为完整块状留在对侧未处理的 EVA 层上，而不是碎裂成碎片。

更环保的回收及未来空间

为评估更广泛的影响，作者将其激光方法与早期的化学及热-机械回收方案进行了生命周期评估。在实验室规模下处理相同质量的面板材料时，激光方法避免了溶剂和高温炉的使用，减少了化石燃料消耗并降低了与气候变化、空气污染和毒性相关的排放。由于该过程速度快且可通过在大组件上移动扫描头实现自动化，因此有望推广到工业生产线。权衡之处在于需要对激光设备进行额外投资，且该方法仅适用于含硅片的区域。总体而言，研究表明，巧妙地利用光可以将报废的双面太阳能组件转化为更清洁的可重复使用硅和玻璃来源，助力太阳能从安装到报废的可持续性。

引用: Zhang, C., Zhao, Z., Wang, R. et al. Separate silicon cells from end-of-life bifacial glass photovoltaic modules using continuous lasers. Sci Rep 16, 4986 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35277-z

关键词: 太阳能电池板回收, 双面光伏, 激光加工, 硅片回收, 电子废弃物