專利名稱：用于回收碲化鎘(CdTe)的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文所公開(kāi)的主題一般地涉及用于從部件回收金屬半導(dǎo)體材料的回收系統(tǒng)和方法的領(lǐng)域。更特別地，本發(fā)明涉及用于從光伏(PV)模塊的制造中所用的系統(tǒng)部件回收碲化鎘(CdTe)的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
基于與硫化鎘(CdS)配對(duì)的碲化鎘(CdTe)的薄膜光伏(PV)模塊(也稱為“太陽(yáng)能電池板”)作為光反應(yīng)器件在工業(yè)上正在贏得廣泛的認(rèn)可和興趣。CdTe是具有特別適合于將太陽(yáng)能(陽(yáng)光)轉(zhuǎn)換成電力的特性的半導(dǎo)體材料。例如，CdTe具有大約1. 45eV的能帶隙，這使得與歷史上用在太陽(yáng)能電池應(yīng)用中的較低帶隙(l.leV)的半導(dǎo)體材料相比，其能夠從太陽(yáng)光譜轉(zhuǎn)換更多的能量。并且，與較低帶隙的材料相比，CdTe在較低或漫射光條件下轉(zhuǎn)換輻射能，并且因而與其它常規(guī)材料相比在白天期間或低光(多云)條件下具有更長(zhǎng)的有效轉(zhuǎn)換時(shí)間。使用CdTePV模塊的太陽(yáng)能系統(tǒng)通常被認(rèn)為在所產(chǎn)生的功率的每瓦特成本方面是商業(yè)可獲得系統(tǒng)中最具成本效益的。然而，盡管CdTe有多種優(yōu)點(diǎn)，太陽(yáng)能作為工業(yè)或民用電力的補(bǔ)充來(lái)源或主要來(lái)源的可持續(xù)商業(yè)開(kāi)發(fā)和認(rèn)可取決于大規(guī)模并以成本經(jīng)濟(jì)的方式生產(chǎn)高效PV模塊的能力。CdTe是相對(duì)昂貴的材料，并且有效利用這種材料是PV模塊生產(chǎn)中的主要成本因素。不管沉積系統(tǒng)或方法的類型如何，將不可避免地會(huì)“浪費(fèi)掉”一定程度的CdTe材料，因?yàn)樗怀练e到PV模塊上。例如，材料可鍍覆(即凝結(jié))在處理設(shè)備上，包括護(hù)罩、輸送器、 容器等。此材料的回收和再循環(huán)是工業(yè)中的關(guān)鍵考慮。另外，CdTe (且通稱為Cd)被認(rèn)為是危險(xiǎn)材料，并且用于包含CdTe的部件的處置需求是十分嚴(yán)格的，并且明顯增加PV模塊生產(chǎn)的總成本。減少這些危險(xiǎn)材料部件的量是另一個(gè)主要的考慮。各種參考文獻(xiàn)總體上討論了用于從廢料金屬且尤其是PV模塊移除Cd的系統(tǒng)和技術(shù)。例如，美國(guó)專利5405588號(hào)描述了用于回收Cd的化學(xué)方法，其中包含Cd的廢料與碳酸銨溶液混合，以形成水溶性氨絡(luò)物，該水溶性氨絡(luò)物然后被脫水以形成碳酸鎘的第二混合物。該第二混合物被進(jìn)一步處理，以便以硫化鎘的形式回收鎘。美國(guó)專利5897685號(hào)、美國(guó)專利5779877號(hào)和美國(guó)專利6129779號(hào)均涉及用于從廢料PV模塊回收金屬(比如CdTe) 的化學(xué)方法。盡管這些過(guò)程可能有效用，但它們涉及相對(duì)復(fù)雜的需要酸和貴重的難以處理的其它流體的化學(xué)過(guò)程，并且造成它們自身的環(huán)境危害和處置問(wèn)題。美國(guó)專利5437705號(hào)描述了用于從Ni-Cd電池回收鎘和鎳的方法和系統(tǒng)，其中，廢料電池組和電池部件在甑式爐中以有效的溫度和時(shí)間被加熱從而蒸發(fā)鎘。被蒸發(fā)的鎘被導(dǎo)入凝結(jié)室，其中鎘被凝結(jié)成液體形態(tài)并引入模具中。該室是延長(zhǎng)的管狀部件，其中溫度沿該室的長(zhǎng)度以逐漸降低的水平維持，且最低的溫度位于室的出口處。模具處的溫度被維持成足夠高，以確保鎘以液體形態(tài)存儲(chǔ)在模具中足夠長(zhǎng)的時(shí)間，從而允許粉塵污染物上升到流體的頂部。該凝結(jié)系統(tǒng)和方法不適合CdTe回收，因?yàn)镃dTe的獨(dú)特特性不允許流體冷凝物的處理。
因此，存在對(duì)于改進(jìn)的方法和系統(tǒng)的需要，該方法和系統(tǒng)獨(dú)特地適于從用于PV模塊生產(chǎn)的PV模塊或部件有效而干凈地回收CdTe。本發(fā)明涉及用于該目的的回收系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的各方面和優(yōu)點(diǎn)將在以下描述中部分地闡述，或者從該描述可變得明顯， 或者通過(guò)對(duì)本發(fā)明的實(shí)踐而獲悉。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種用于回收鍍覆到光伏(PV)模塊的制造中所用部件上的碲化鎘(CdTe)的方法。該方法包括將部件置于真空爐中，然后抽吸真空并將爐中的溫度升至對(duì)于使CdTe從部件上升華有效的水平。該溫度和真空條件在爐內(nèi)被保持在對(duì)于防止升華的CdTe鍍覆到爐的內(nèi)部部件上有效的水平。爐中所產(chǎn)生的升華的CdTe 擴(kuò)散到收集構(gòu)件上，該收集構(gòu)件被保持在對(duì)于使升華CdTe鍍覆到該收集構(gòu)件上有效的溫度下。該收集構(gòu)件可在爐內(nèi)或遠(yuǎn)離爐。例如通過(guò)機(jī)械搖動(dòng)或使收集構(gòu)件變形以使鍍覆的 CdTe從收集構(gòu)件上剝落，從而使鍍覆的CdTe最終從收集構(gòu)件上回收。該回收步驟可在爐內(nèi)或遠(yuǎn)離爐發(fā)生。上述的回收方法的實(shí)施例的變型或改型在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)，并可在本文進(jìn)
一步描述。本發(fā)明也包括用于回收已鍍覆到光伏(PV)模塊的制造中所用的部件上的碲化鎘 (CdTe)的系統(tǒng)實(shí)施例。在特定實(shí)施例中，系統(tǒng)包括真空爐，該真空爐配置成用于維持真空并加熱到對(duì)于將CdTe從置于爐內(nèi)的部件上升華開(kāi)有效的溫度。收集構(gòu)件被設(shè)置成使得在爐中產(chǎn)生的升華的CdTe擴(kuò)散到收集構(gòu)件上，該收集構(gòu)件被保持在對(duì)于使升華的CdTe鍍覆到該收集構(gòu)件上有效的溫度下。該收集構(gòu)件可置于爐內(nèi)或遠(yuǎn)離爐，并可被冷卻以增強(qiáng)鍍覆過(guò)程。該收集構(gòu)件被進(jìn)一步配置成用于后續(xù)處理，以例如通過(guò)機(jī)械搖動(dòng)或變形以使被鍍覆的 CdTe從收集構(gòu)件上剝落或分離，從而移除和收集CdTe。用于此收集過(guò)程的收集構(gòu)件可從爐 (或遠(yuǎn)離位置)移除。上述系統(tǒng)的實(shí)施例的變型或改型在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)，并可在本文中進(jìn)一步討論。本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)在參考下面的描述和所附權(quán)利要求后將更好地理解。


在本說(shuō)明書(shū)闡述了本發(fā)明的完整和能夠?qū)嵤┑墓_(kāi)，包括其最佳模式，說(shuō)明書(shū)參考了附圖，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明各方面的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意性視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明各方面的系統(tǒng)的備選實(shí)施例的示意性視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的另一實(shí)施例的頂視平面視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施例的方塊圖。部件列表
權(quán)利要求
1.一種用于回收已經(jīng)鍍覆到諸如在PV模塊的制造中所用部件的部件(12)上的碲化鎘 (CdTe)的方法，所述方法包括將所述部件定位在真空爐(14)中；抽吸真空并將所述爐中的溫度升高至對(duì)于從所述部件上使CdTe升華開(kāi)有效的水平；將所述爐內(nèi)的溫度和真空條件保持在對(duì)于防止升華的CdTe鍍覆到所述爐的內(nèi)部部件上有效的水平；允許在所述爐中產(chǎn)生的所述升華的CdTe擴(kuò)散到收集構(gòu)件(16，18)上，所述收集構(gòu)件 (16，18)被保持在對(duì)于使所述升華的CdTe鍍覆到所述收集構(gòu)件上有效的溫度下；以及從所述收集構(gòu)件移除鍍覆的CdTe。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述收集構(gòu)件(16)置于所述爐(14)內(nèi)，并被維持為所述爐內(nèi)最冷的部件。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述收集構(gòu)件(16)設(shè)置成遠(yuǎn)離所述爐 (14)，并且所述升華的CdTe擴(kuò)散出所述爐到達(dá)所述收集構(gòu)件。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，附加的收集構(gòu)件(18)配置成遠(yuǎn)離所述爐 (14)，所述方法還包括在所述收集構(gòu)件之間交替，使得其中一個(gè)收集構(gòu)件用來(lái)收集正在所述爐中升華的CdTe，同時(shí)另一個(gè)收集構(gòu)件被處理以移除鍍覆在其上的CdTe。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述方法還包括用循環(huán)冷卻介質(zhì)(30)主動(dòng)地冷卻所述收集構(gòu)件。
6.一種用于回收已經(jīng)鍍覆到諸如在PV模塊的制造中所用部件的部件(12)上的碲化鎘 (CdTe)的系統(tǒng)(10)，所述系統(tǒng)包括真空爐(14)，其配置成用于維持真空并被加熱到對(duì)于從置于所述爐內(nèi)的部件上使 CdTe升華開(kāi)有效的溫度；以及收集構(gòu)件(16，18)，其設(shè)置成使得在所述爐中產(chǎn)生的升華的CdTe擴(kuò)散至所述收集構(gòu)件，所述收集構(gòu)件能夠被保持在對(duì)于使所述升華的CdTe鍍覆到所述收集構(gòu)件上有效的溫度下；其中，所述收集構(gòu)件配置成用于進(jìn)一步處理，以收集鍍覆到所述收集構(gòu)件上的CdTe。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述收集構(gòu)件(16)設(shè)置于所述爐(14) 內(nèi)，并在所述爐內(nèi)被保持為最冷的部件，所述收集構(gòu)件能夠從所述爐移除，用于鍍覆到所述收集構(gòu)件上的CdTe的后續(xù)移除。
8.如權(quán)利要求6或7所述的系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述收集構(gòu)件(16)包括與冷卻的底座構(gòu)件(28)可移除地配套的托盤(26)，并且還包括與所述冷卻的底座構(gòu)件配套的冷卻介質(zhì)流系統(tǒng)(30)。
9.如權(quán)利要求6或7所述的系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述收集構(gòu)件(16)設(shè)置成遠(yuǎn)離所述爐(14)，并且所述升華的CdTe擴(kuò)散出所述爐到達(dá)所述收集構(gòu)件，并且還包括配置成遠(yuǎn)離所述爐的附加的所述收集構(gòu)件(18)，所述收集構(gòu)件能夠交替地與所述爐隔離，使得其中一個(gè)所述收集構(gòu)件用來(lái)收集正在所述爐中升華的CdTe，同時(shí)另一個(gè)所述收集構(gòu)件被處理以移除鍍覆在其上的CdTe。
10.如權(quán)利要求6或7所述的系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述系統(tǒng)(10)還包括輸送器 (34)，所述輸送器(34)配置成通過(guò)真空閘將所述部件(12)移入和移出所述爐(14)，而不中斷所述爐內(nèi)的真空和加熱過(guò)程。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于回收碲化鎘(CdTe)的系統(tǒng)和方法，具體而言，本發(fā)明提供了一種用于回收已鍍覆到諸如光伏(PV)模塊的制造中所用部件的部件(12)上的碲化鎘(CdTe)的系統(tǒng)(30)和相關(guān)方法。該系統(tǒng)包括真空爐(14)，其配置成用于保持真空并加熱到對(duì)于從置于爐中的部件使CdTe升華開(kāi)有效的溫度。設(shè)置收集構(gòu)件(16，18)，使得在爐中產(chǎn)生的升華的CdTe擴(kuò)散到收集構(gòu)件。該收集構(gòu)件被保持在對(duì)于使升華的CdTe鍍覆到收集構(gòu)件上有效的溫度下。隨后處理該收集構(gòu)件以收集鍍覆的CdTe。
文檔編號(hào)C01B19/04GK102180447SQ201010616039
公開(kāi)日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2010年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月16日
發(fā)明者C·拉思維格 申請(qǐng)人:初星太陽(yáng)能公司