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科技專案成果
為退休太陽能板找出路 易拆解模組回收率全球第一
發佈日期：2022-10-28
單位：財團法人工業技術研究院
案例年度：2021
簡介：
在經濟部技術處科技專案支持下，工研院成功開發易拆解太陽能模組設計，可完整拆解玻璃面板和電池片，回收率創全球第一，打造太陽能板除役後的新商機。
特色：
工研院 ▶ 開發全循環易拆解太陽能光電模組
技術特色
以全新複合型封裝膜材料，替代傳統熱固型封裝膜，打造易拆解的太陽能板模組，完整回收率創全球第一。
產業擴散
每百萬瓩(GW)太陽能模組，估計可創造24億元的再生材料價值，技術移轉材料大廠三芳化學，並串聯聯合再生能源、元晶等模組廠開發太陽能板。
▲ 工研院研發全循環之太陽能光電模組，採用創新複合膜材，讓太陽能板各層材料容易分離，大幅提升回收價值。
屋頂上一片片太陽能板，扮演綠電來源的重要角色。呼應淨零減碳趨勢，近年各國大力推動太陽光電，連帶讓太陽能板在未來除役後的大量回收問題浮上檯面，預估至2050年，全球將累積1億噸的太陽能模組廢棄垃圾，造成環境莫大衝擊。
在經濟部技術處科技專案支持下，工研院成功開發易拆解太陽能模組設計，可完整拆解玻璃面板和電池片，回收率創全球第一，打造太陽能板除役後的新商機。
開發全新複合型材料 替代傳統封裝膜
工研院材化所副組長曹申指出，為了抵擋長期戶外日曬雨淋，太陽能板傳統封裝方式需將各層材料緊密膠合，卻也導致太陽能板在廢棄回收時，難以順利分離。回收業者大多只取最容易分離的外圍鋁框，其餘皆打碎處理，裡頭最有價的材料－電池晶片的矽跟銀，無法完整取出，導致回收價值驟降。
造成太陽能板回收障礙的關鍵，就在於膠合的封裝膜。工研院材化所研究員劉怡君表示，太陽能板共有五層結構，分別是玻璃、上封裝膜、電池晶片、下封裝膜和背板，傳統封裝使用熱固型材料EVA，將各層緊密封合，但熱固型材料具有高交聯性，「高分子鏈像是彼此手牽手拉得緊，很難分離。」
於是工研院從源頭封裝膜材料下手，選用熱塑型材料TPE，因其受熱後具有流動性，可形成緩衝會保護電池不破片。但如何使熱塑性材料和傳統熱固型EVA一樣具有高可靠度與耐耗性，是材料設計上的最大挑戰。特別是在高溼高熱的環境之下，太陽能板各層結構可能因此就會黏不緊而發生脫層。
為此研發團隊結合TPE和EVA，形成全新的複合型材料，不斷嘗試各種材料組合，找到最佳的黃金配方，在太陽能板上同樣安全耐候，並優化膜材組合來因應一般、高溼、高鹽、高溫等多種場域特性。
助攻傳產升級 強化國際連結
有了易拆解的複合膜材料後，不僅整片玻璃面板可完整分離，還能在拆解回收的電池片中取得7N高純度矽晶片，並成功再次應用於太陽能矽晶棒的生產，使退役太陽能模組幾乎達到零廢棄，估算每百萬瓩(GW)太陽能模組，可創造新臺幣24億元的再生材料價值。
2021年工研院協助材料大廠三芳化學承接國產膜材配方與製程，串聯模組廠聯合再生與元晶科技，開發太陽能板，並已送德國太陽能系統驗證機構TÜV認證，預計2022年取得認證後，即可量產供貨。
身為全球最大的鞋用人工皮革大廠，三芳化學副總經理鄭國光表示，雖然鞋材也有薄膜技術，「但跟太陽能光電要求的品質規格大不相同！在透光度、純度、收縮率上都要更嚴格控制。」有了工研院最關鍵的材料配方，三芳先從EVA開始熟悉太陽能薄膜，未來再跨入TPE複合膜材，協助公司搶攻未來再生能源的商機。
「易拆解的太陽能模組設計，可完整拆解玻璃面板和電池晶片，達到幾近零廢棄，不僅讓太陽光電產業更加永續，也創造太陽能板除役後的新商機。」
這項技術也受到國際關注，有「全球最具創新研究機構」美譽的法國原子能和替代能源委員會(CEA)，表達合作意願，雙方已簽約將在法國南部進行高溫場域驗證，為全球太陽能板回收問題找到低碳循環解方。
▲ 2021年於澎湖科大進行戶外嚴苛環境場域驗證測試拆解太陽能模組。
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