《Resources, Environment and Sustainability》：End-of-Life Management of Crystalline Silicon Photovoltaic Modules: Recycling Strategies, Challenges, and Future Perspectives with Focus on Silver Recovery
编辑推荐：
全球光伏废弃物正快速增加，带来了严峻的环境挑战。寿命末期（End-of-life, EoL）晶硅（crystalline silicon, c-Si）光伏组件是银（Silver, Ag）的二次来源。从光伏废弃物中回收银有助于关键材料的可持续供应。银回收面临的挑
全球光伏废弃物正快速增加，带来了严峻的环境挑战。寿命末期（End-of-life, EoL）晶硅（crystalline silicon, c-Si）光伏组件是银（Silver, Ag）的二次来源。从光伏废弃物中回收银有助于关键材料的可持续供应。银回收面临的挑战包括回收效率、产品纯度以及工艺经济性。可持续光伏技术的发展离不开恰当的寿命末期管理。本综述系统梳理了晶硅光伏组件过去十年的发展历程与回收技术进展，重点围绕银回收这一核心主题，从预处理、浸出、分离、纯化到最终回收的全流程展开分析。研究将银回收与工艺效率、产品纯度、试剂消耗、环境负荷及经济可行性相关联，在统一的技术、生命周期（Life Cycle Assessment, LCA）与技术经济评估（Techno-economic Assessment, TEA）框架下比较了传统方法与新兴方法的优劣。基于循环经济与材料循环的核心理念，本综述将银回收视为一条整合的二次资源路径，将材料回收性能与技术可行性、环境影响及经济可行性联系起来，旨在为光伏产业在避免因寿命末期废弃物管理不当而损害其环境效益的前提下实现可持续发展提供参考。
论文主体内容总结
1. 引言
气候变化已成为人类面临的重大挑战之一，交通与发电领域是温室气体排放的主要来源。太阳能作为全球装机容量最大的可再生能源技术，其发电过程碳排放极低，生命周期评估显示光伏发电碳排放约为44 g CO2-eq/kWh，远低于天然气（553 g CO2-eq/kWh）和硬煤发电（1,117 g CO2-eq/kWh）。截至2025年底，全球光伏累计装机容量已达约2,383 GW，占全球可再生能源总装机容量的47%。光伏产业的快速扩张也带来了原材料需求的大幅增长，2023年光伏组件制造消耗了近4,000吨银，约占全球银消费量的14%，预计到2030年这一比例将增至20%。典型晶硅光伏组件主要由玻璃（约68-72%）、铝框架（约12-18%）以及少量聚合物、铜、银和铅组成。光伏组件运行阶段通常被视为可持续技术，但寿命末期管理面临严峻挑战。随着2010年代大规模装机浪潮逐步进入退役期，预计到2050年累计光伏组件废弃物将达到约54-160 Mt。废弃组件中可回收材料价值高达150亿美元，为回收提供了重大经济激励。然而，晶硅组件废弃物中含有铅（Pb）、铜（Cu）等有毒重金属，以及添加于低铁光伏玻璃中的锑（Sb），不当处置可能造成严重的环境风险。此外，锡（Sn）作为光伏组件焊接合金的主要成分，其需求预计将随太瓦级光伏部署而显著增长。因此，高效的寿命末期光伏组件回收具有资源循环、减少原矿开采依赖、降低能耗和提升生产经济性等多重效益。
2. 综述方法
本综述采用结构化多阶段评估方法，以Scopus数据库为核心文献来源，通过关键词组合检索和逐级筛选，最终选取182篇文献（包括期刊论文、会议论文和报告）进行系统分析。文献筛选采用PRISMA流程进行记录。此外，利用VOSviewer软件（1.6.20版）对关键词进行共现分析，结果显示在光伏特定数据集中，"solar panels"为最核心节点，与"recycling"、"life cycle analysis"、"environmental impact"和"silver"等术语紧密关联，表明光伏回收领域研究主要聚焦于有价值材料（尤其是银）的回收以及回收路径的环境评估。
3. 光伏太阳能电池板的发展与银利用
光伏效应于1839年由法国科学家Alexandre Edmond Becquerel发现，1954年贝尔实验室研制出第一块实用的硅p-n结太阳能电池，效率仅为5%，而近期隆基绿能已实现大面积硅太阳能电池28.1%的独立认证效率纪录。随着光伏效率与制造技术的进步，晶硅电池的银消耗量已从2010年的约51.8-65.1 mg/W降至2020年的约19.5 mg/W，这主要得益于金属化技术的改进，包括丝网印刷工艺优化和银浆用量减少。不同代际光伏组件中银含量的差异对于评估寿命末期晶硅组件的银回收潜力具有重要意义。
4. 全球光伏太阳能电池板产量与废弃物趋势
全球光伏装机容量从2010年的约40 GW增长至2022年的约1 TW，2024年达到约2.0-2.24 TW。在IRENA的1.5°C情景下，2030年全球光伏装机预计超过5 TW，2050年超过18 TW，届时累计寿命末期光伏组件将超过200 Mt，年废弃物产生量超过25 Mt。当前光伏废弃物量相对较低，但2010年代大规模部署的组件将在2030年代和2040年代集中进入寿命末期。废弃物预测方法主要包括固定寿命模型和考虑寿命分布的Weibull分布模型。欧洲方面，德国拥有欧洲近一半的光伏装机容量，意大利预计到2050年光伏废弃物将接近800万吨。欧盟已于2012年将光伏废弃物纳入WEEE指令管理框架。
5. 寿命末期光伏组件材料回收的预处理与分层
预处理是从光伏组件中提取银的关键前置步骤，因为银在组件质量中占比不足1%，却承载了约50%的经济价值。预处理的目标是实现有效分层，即将太阳能电池与玻璃、乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）和聚合物背板等保护材料分离，并富集银含量。
5.1 物理/机械处理
物理机械处理包括人工或机械拆除铝框架、接线盒和电缆，随后通过破碎、球磨等工艺减小尺寸。高压脉冲破碎（HVC）利用水下放电产生的冲击波沿材料界面选择性断裂，可优先将银和硅从玻璃中分离，研究表明可回收96%的银且玻璃纯度超过98%。激光辐照通过聚焦光束加热内部金属电极，弱化EVA的粘接以实现层间分离而不损伤硅片。高压水射流分层可实现玻璃、铜、硅、聚合物和富银组分的回收，经下游湿法冶金纯化和电化学沉积后银纯度可达约97%。热刀技术利用加热至180-300°C的钢刀切割软化的EVA层。此外还包括低温分层和静电分离等方法。物理方法具有成本效益高、可规模化等优势，但回收率较低且存在材料降级利用的问题。
5.2 热处理
热处理利用200-650°C的高温改变组件特性并分解EVA，从而促进玻璃和硅太阳能电池的机械分离。热解是在惰性气体环境中加热使有机组分热分解为可燃气体和油类产物，保留完整的太阳能电池和玻璃。焚烧则在富氧环境中进行，速度更快但存在金属氧化和有毒含氟气体排放的风险。射频加热（介电/微波加热）利用电磁场直接加热聚合物层，可加快处理速度并降低能耗。两段式加热工艺先在170-200°C手动剥离有害背板，再进行高温热解以避免氢氟酸释放。研究表明，优化的热解条件（350-550°C，30分钟）可实现硅太阳能电池的完整回收且无微裂纹产生，同时聚合物分解可生成可回收的碳氢化合物产物。热处理虽然能耗高且存在排放问题，但其对复杂聚合物层的完全去除能力和高纯度硅与银的回收效果使其成为循环太阳能经济的关键工艺。
5.3 化学处理
化学分层利用有机或无机溶剂溶解聚合物。有机溶剂如甲苯、二甲苯和乙酸乙酯可渗透EVA基质并削弱其粘接性能。研究表明d-柠檬烯可提供与甲苯相当的分层效率且危害性更低。乙酸乙酯浸泡结合室温硝酸蚀刻可实现92%的银回收率。三氯乙烯在80°C下溶解EVA层，浸泡10天可无损伤回收硅太阳能电池。无机溶液方面，硝酸（HNO3）和氢氧化钠（NaOH）常用于浸出/蚀刻以溶解金属接触层。超临界水处理可在550°C、25 MPa条件下实现99.6%的聚合物降解和76%的平均金属回收效率。可回收的低共熔溶剂（DES）体系在100°C、45分钟内实现了99.86%的银浸出效率，且经过24次循环使用后仍保持95.87%的效率。化学方法具有选择性高、回收效率高的优势，但溶剂毒性、溶剂回收和废液管理是工业化应用的主要挑战。将化学方法与机械或热方法相结合可能提供更有前景的解决方案。
6. 光伏太阳能电池板银回收的循环利用途径
6.1 传统化学浸出
化学浸出是从寿命末期晶硅光伏组件中回收银的最广泛应用的传统技术。硝酸（HNO3）是最常用的主要溶剂，因其能从硅太阳能电池中获得高纯度银。通常采用顺序处理策略：先用碱（KOH或NaOH）或酸（H2SO4）去除背场铝层，再进行硝酸处理以提高银的提取效率。除完全溶解银外，选择性蚀刻可直接将银栅线从硅片上剥离。熔融NaOH-KOH盐处理可在180秒内实现超过99%的银回收。2 M H2SO4结合超声处理可直接收集脱落的银栅线，无需后续沉淀或电沉积步骤。浸出后，沉淀法和溶剂萃取是两种最广泛使用的银分离回收方法。在最优条件下，传统酸浸和回收技术可获得极高的银回收率，其中硝酸浸出结合沉淀法的银回收率可达94-100%，结合溶剂萃取的回收率可达90-99.99%。
6.1.1 沉淀法
沉淀法是酸浸后从含金属浸出液中回收银的标准方法之一。传统硅纯化方法常涉及氢氟酸（HF）等危险试剂，因此研究者探索了替代性的顺序化学回收途径。
