台灣太陽能板製造過程中會產生的污然及解決方法

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作者
章采甄

圖片來源:陽光伏特家

雖然在上一篇太陽能板回收時已經將太陽能稱作為最環保的能源之一,但是還是有很多聲音說太陽能板不夠環保的原因在於他的製造過程,會產生大量的廢棄物,污染環境。現在,為了破解迷思,要請各位跟著主婦聯盟的腳步,逐一的抽絲剝繭。

第一常見的問題應該是廢棄切削液去留。前幾年中國跟台灣都有爆出不肖業者惡意棄置廢棄而導致生態污染的新聞。當時的技術尚不發達,廢棄物中,只有乙二醇和碳化矽可以回收。而大量的矽泥則難以處理。但是現在,隨著科技進步,台灣已經有新的技術可以處理太陽能板製程中最頭痛的問題。例如,將廢切削液轉化成可利用的切削液和碳化細粉等。而且在2017年後,切削液也逐漸被鑽石切割的方式取代了。

儘管如此,本篇文章還是會以切削液的版本來解說太陽能板的製造過程,並將其粗略地分成三個階段:上游、中游以及下游。放眼台灣目前太陽能電池產業發展,太陽能板製造主要以矽晶片與非晶矽薄膜的產品為主流。前者的的製造過程很像半導體,而後者則和液晶面板十分相似。這些含矽的廢棄物也都可以像半導產業中含矽廢液/污泥一樣,可以資源化處理回收再利用這些矽資源,不用像過去一樣作廢水處理,而產生大量的污泥無法再利用,而只能去焚化或掩埋。

上游產業

上游產業製程最主要為矽晶的長晶與切割,容易產生污染的步驟有以下:

(1)長晶:由冶金級矽或電子級矽經高溫熔融與冷凝成矽晶。

(2)切割:將矽晶矽棒切成厚度約0.5毫米的晶片。

(2)蝕刻及拋光:蝕刻的目的是化學藥品去除在切片過程在晶圓表面的雜質成份;拋光的目的是利用物理方式去除晶圓上的雜質成份。

而以上步驟產生的污染源簡而言之會有:1.廢水污染源 2. 廢氣污染 3.廢棄物污染。

廢水來源:

主要有切割、蝕刻或清洗等三股廢水。其中,蝕刻廢水有氟化物及硝酸鹽類。

廢氣污染源:

廢氣污染來源主要為蝕刻、清洗製程中所產生廢氣種。例如:HF、HNO3、NH3

廢棄物污染源:

主要包括包裝器材(紙箱、木箱、玻璃瓶、塑膠桶)、空氣處理廢料(空氣過濾、吸附廢濾料)、無塵室廢棄物(人員使用後廢棄口罩、手套、鞋套)、廢損晶片、廢水污泥。

該怎麼處理這些上游廢棄物呢?

酸鹼廢水因污染單純,處理方式只要先調勻水質、水量後,再調節酸鹼值後便可放流。另外一種含氟廢水則有許多處理的方法。因上游製程產生之氟系廢水來自清洗、蝕刻階段,其產生之氟離子濃度較低。所以可以用離子交換法與化學沉澱法處理低濃度含BF4-清洗廢水。

至於製程中所產生之酸鹼氣體可經由排氣系統收集後排至填充式洗滌塔吸收處理。

中游產業

中游產業製程最主要為電池片的製程所產生的污染相對於上游多了一些。在利用離子水清洗晶圓表面、用高溫擴散n型半導體、網印或蒸鍍接出導電電極以及最後的薄膜電池製程中皆會產生廢棄物。尤其是矽薄膜層的製作,更會產生有機廢氣或特殊氣體。

 

廢水來源:主要有晶圓清洗、蝕刻、蒸鍍等處理後產生各類酸鹼廢液(氫氟酸、 硝酸、硫酸、磷酸、鹽酸及氨等)及酸鹼廢水或氟系廢水。

廢氣來源:

製程之廢氣來源來自蝕刻、蒸鍍必須使用IPA或鹵素化合物等氣體, 可能產生有機廢氣、無機酸氣及碳氫化合物氣體等。

廢棄物污染源:

主要包括包裝器材(紙箱、木箱、玻璃瓶、塑膠桶)、空氣處理廢料(毒性氣體吸附塔廢料)、無塵室廢棄物(人員使用後廢棄口罩、手套、鞋套)、廢損晶片、清洗/蝕刻廢液、泵浦廢油、廢水污泥。

該怎麼處理這些中游廢棄物呢?

廢水處理:中游酸鹼廢水處理方式與上游製程所述相同。但是中游製程產生之氟系廢水量較大、濃度也較高,故適合使用化學沉澱法、化學沉澱/混凝法或結晶法去處理。中游製程也更可能產生有機廢氣、無機酸氣及碳氫化合物氣體、VOCs廢氣等。 針對酸性廢氣國內最常採用填充式洗滌塔吸收污染物質。

  • 廢氣特性為小風量低溫低濃度:可以用一般的活性碳吸附處理。
  • 廢氣為大風量、低濃度:濃縮轉輪處理,經由濃縮裝置可濃縮大部份廢氣。
  • 廢氣小風量、高濃度又高溫:適用焚化法,幾乎可完全去除VOCs。

下游產業

下游產業製程最主要為光電模組的封裝與組合,污染源相對上、中游較少,處理起來也單純許多。下游製程產生的廢水主要是廢氣系統所產生的洗滌廢水pH 值約 7~11,只要經過兩次中和處理將其充分混合,達到放流水排放標準即可排出廠外。而廢氣則來源來自模組焊時,添加助焊劑,以及封裝製程中使用的黏著劑產生VOCs。而且因爲下游製程產生的 VOCs 濃度不高,可以採用活性碳吸附法。

結語

看到這邊,不知道大家對於太陽能板製程會產生的廢棄物回收方法有沒有更多的瞭解了呢?其實隨著科技不斷的進步以及環保意識的抬高。研發機構及政府都為了讓整個綠電產業更完善,更貼近太陽能循環經濟而努力的制定新的法規及新的技術。

 

 

 

 

太陽能板製作過程

 

文章撰寫資料來源:

https://e-info.org.tw/node/208298

https://proj.ftis.org.tw/eta/epaper/PDF/ti059-1.pdf財團法人台灣產業服務基金會陳子秦工:太陽能電池產業製程及污染防治簡介

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