《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Mild layer separation of end-of-life crystalline silicon photovoltaic modules by recyclable DGBE/ethanol-assisted interfacial debonding
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摘要退役晶硅光伏（c-Si PV）组件的高效脱层是洁净回收关键材料的前提，但目前仍受到交联醋酸乙烯酯（EVA）强粘附性和多层背板结构的阻碍。本研究开发了一种可回收的乙二醇单丁醚（DGBE）/乙醇辅助脱层策略，用于温和条件下退役c-Si PV组件的层状分离。该工艺能够有效分离玻
摘要
退役晶硅光伏（c-Si PV）组件的高效脱层是洁净回收关键材料的前提，但目前仍受到交联醋酸乙烯酯（EVA）强粘附性和多层背板结构的阻碍。本研究开发了一种可回收的乙二醇单丁醚（DGBE）/乙醇辅助脱层策略，用于温和条件下退役c-Si PV组件的层状分离。该工艺能够有效分离玻璃、含氟涂层、EVA、太阳电池和背板，其中75 °C可在脱层效率与产品完整性之间提供最佳平衡。DGBE可使含氟涂层作为独立组分从背板上剥离，同时基本保留太阳电池的特征银电极和背面含铝区域。结构分析显示，经处理的EVA存在局部孔隙，表明仅发生有限的近表面链松弛，而未出现严重的链断裂或明显的整体溶胀。经过五次循环使用后，基于DGBE的溶剂保持了相似的润湿性、主要可检测组分和有效脱层能力。前线分子轨道和静电势分析确定了DGBE与EVA中含氧极性位点之间的潜在相互作用区域，为实验观测到的脱层行为提供了定性的分子层面解释。本工作为退役c-Si PV组件的更清洁回收提供了一种温和且可回收的溶剂辅助途径。
引言
光伏（PV）技术已成为全球碳减排的基石技术，而光伏装机容量的快速扩张正在产生越来越多的退役（EoL）组件[1]，[2]。晶硅光伏（c-Si PV）组件主导当前市场，并含有可回收的玻璃、硅、铝、铜、银和聚合物材料，使退役组件成为一种重要的二次资源[2]，[3]，[4]。因此，高效回收退役c-Si PV组件对于降低环境负担、提高资源循环率和支持光伏行业的可持续发展至关重要[3]，[4]，[5]。
典型的c-Si PV组件由钢化玻璃、醋酸乙烯酯（EVA）封装料、太阳电池、背面EVA和聚合物背板组成[6]，[7]。EVA提供强封装和长期环境保护，但其交联网络、极性官能团以及与玻璃、硅电池和背板之间的界面耦合作用使得洁净的层状分离变得困难[6]，[7]，[8]。特别是，含氟背板的不当处理可能引入额外的环境风险，尤其在高温加工过程中[9]，[10]。因此，理想的回收工艺不仅应削弱EVA主导的界面粘附，还应保留有价值组分，并实现玻璃、太阳电池、EVA、背板和含氟涂层的差异化回收。
机械、热和化学处理已被广泛应用于光伏组件回收。机械过程简单且可扩展，但通常产生混合碎片和低纯度的回收产品[1]，[2]。热法可以有效去除EVA，但高温可能损坏太阳电池和背板，并从有机封装料和含氟聚合物中产生有害排放[4]，[9]，[10]。溶剂辅助化学脱层提供了一种更温和的替代方案，通过促进溶剂渗透、EVA溶胀或界面脱粘来实现[8]，[11]。然而，甲苯、三氯乙烯和邻二氯苯等传统溶剂受到毒性、挥发性和环境相容性差的限制[2]，[5]。因此，开发高效、低毒且可回收的溶剂体系仍然是高值光伏组件回收的核心挑战。
近期研究报道了若干相对温和的溶剂辅助脱层体系。N,N'-二甲基丙脲（DMPU）[12]和乙二醇二乙酸酯（EGDA）[13]已被用于分离光伏组件的不同层。疏水性深共熔溶剂（DES）[14]、亚临界水[15]和溶剂热处理[16]也被用于促进EVA溶胀、溶解或界面弱化。一项面向生命周期的研究比较了D-柠檬烯与三氯乙烯[17]，而乙基乳酸酯（EL）[18]和N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）/丁二醇（BDG）[19]已被评估用于EVA脱封装。基于DES的溶剂回收在DES路线中已得到研究[20]，正己烷辅助超声加热[21]和萜品烯耦合超声处理[22]已被用于增强传质和脱层。这些研究表明，脱层效率由溶剂化学性质、极性匹配、氢键能力、润湿性、传质以及加热或超声等外场共同决定。
尽管取得了进展，溶剂辅助光伏组件脱层仍在分离效率、组分完整性、工艺选择性和溶剂可回收性之间面临权衡。顺序溶胀-溶解[23]和Lv等人报道的TGM试剂体系[24]进一步说明，快速去除封装料可能伴随着聚合物的大变形或溶解。机器学习辅助的试剂筛选扩大了候选脱封装溶剂的范围[25]，而受控柠檬烯溶胀和化学增强的萜品烯处理代表了调控溶胀和键断裂的尝试[26]，[27]。然而，快速分离可能以EVA严重变形、电池碎裂或聚合物背板损伤为代价，从而降低回收产品的价值。此外，含氟背板涂层的去除和独立回收受到的关注有限，尽管这对于降低二次环境风险和改善背板资源利用至关重要[9]，[10]。这些局限性表明，有效的脱层工艺应在调节溶剂渗透和界面弱化的同时，避免EVA的过度整体溶胀或破坏性溶解。
乙二醇单丁醚（DGBE）兼具非极性正丁基片段、两个醚氧原子和一个端羟基。基于这些结构特征，本研究开发了一种DGBE/乙醇辅助脱层策略用于退役c-Si PV组件。该策略旨在温和条件下实现高效层状分离，同时保持产品完整性和溶剂可复用性。与主要依赖EVA强力溶解或苛刻操作条件的传统方法不同，本工作强调受控的界面脱粘、含氟背板涂层的独立去除以及关键太阳电池结构的保留。通过整合组分回收、溶剂循环使用和DGBE-EVA潜在相互作用区域的分子层面计算，本研究为退役c-Si PV组件的高值回收提供了一条温和且可回收的途径，并为观测到的脱层行为提供了定性的分子层面解释。
章节摘要
材料与设备
退役组件由乐叶太阳能科技有限公司生产，型号为LR6-72-335M，额定最大功率为335 W。组件包含72个单晶硅电池，以6×12排列。组件从顶部到底部依次由以下层组成：钢化玻璃、EVA、晶硅太阳电池、EVA以及具有外层含氟涂层的多层背板。
预处理步骤如图1a所示。在进行脱层实验前，
脱层性能与工艺窗口
采用单因素实验设计评估了处理温度、DGBE浓度、固液比（S/L）和超声功率对各功能层分离时间的影响。如图2a所示，处理温度从55 °C升高到85 °C时，玻璃、含氟涂层、背板和EVA的分离时间逐渐缩短。这一行为可归因于温度升高增强了溶剂流动性和加速了传质过程。
结论
本研究开发了一种DGBE/乙醇辅助脱层策略用于退役c-Si PV组件，可在温和条件下实现玻璃、含氟涂层、EVA、太阳电池和背板的分离。该工艺在脱层效率与组分完整性之间表现出良好的平衡，选择75 °C作为适宜的处理温度，以限制EVA的过度溶胀同时保持有效的层状分离。XPS确认了含氟涂层的去除，而SEM和EDS显示
CRediT作者贡献声明
李子童：资源、调查研究。陈鸿荣：可视化、方法论。何亮：调查研究、数据整理。麦胡须：验证、数据整理。张金兵：监督、数据整理。胡东力：撰写—审阅与编辑、资源。周燕：撰写—初稿、调查研究。彭海洋：撰写—初稿、数据整理。雷琪：撰写—审阅与编辑、监督。陆秀梅：方法论、正式分析。
生成式AI及AI辅助技术在写作过程中的声明
在准备本工作期间，作者使用ChatGPT（OpenAI）改进了论文的语言和可读性。在使用该工具后，作者仔细审阅、核实并根据需要编辑了内容，对已发表论文的内容承担全部责任。
利益冲突声明
作者声明，他们没有已知的竞争经济利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本工作得到了宁波市科技项目（项目编号：2025S099和2022-DST-004）和国家重点研发计划（项目编号：2024YFB3813902）的支持。
周燕|彭海洋|雷琪|陆秀梅|李子童|陈鸿荣|何亮|麦胡须|张金兵|胡东力
浙江先进光伏材料制备与应用工程技术研究中心，宁波科技大学材料科学与工程学院，宁波，315100，中国
