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)配對的碲化鎘(CdTe)的薄膜光伏(PV)模塊(也稱為“太陽能電池板”)作為光反應(yīng)器件在工業(yè)上正在贏得廣泛的認可和興趣。CdTe是具有特別適合于將太陽能(陽光)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)條件下具有更長的有效轉(zhuǎn)換時間。使用CdTePV模塊的太陽能系統(tǒng)通常被認為在所產(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，太陽能作為工業(yè)或民用電力的補充來源或主要來源的可持續(xù)商業(yè)開發(fā)和認可取決于大規(guī)模并以成本經(jīng)濟的方式生產(chǎn)高效PV模塊的能力。CdTe是相對昂貴的材料，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“浪費掉”一定程度的CdTe材料，因為它不沉積到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)被認為是危險材料，并且用于包含CdTe的部件的處置需求是十分嚴格的，并且明顯增加PV模塊生產(chǎn)的總成本。減少這些危險材料部件的量是另一個主要的考慮。各種參考文獻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，美國專利5405588號描述了用于回收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。該第二混合物被進一步處理，以便以硫化鎘的形式回收鎘。美國專利5897685號、美國專利5779877號和美國專利6129779號均涉及用于從廢料PV模塊回收金屬(比如CdTe) 的化學(xué)方法。盡管這些過程可能有效用，但它們涉及相對復(fù)雜的需要酸和貴重的難以處理的其它流體的化學(xué)過程，并且造成它們自身的環(huán)境危害和處置問題。美國專利5437705號描述了用于從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。該室是延長的管狀部件，其中溫度沿該室的長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)存儲在模具中足夠長的時間，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，因為CdTe的獨特特性不允許流體冷凝物的處理。
因此，存在對于改進的方法和系統(tǒng)的需要，該方法和系統(tǒng)獨特地適于從用于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， 或者通過對本發(fā)明的實踐而獲悉。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，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 擴散到收集構(gòu)件上，該收集構(gòu)件被保持在對于使升華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)或遠離爐。例如通過機械搖動或使收集構(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)或遠離爐發(fā)生。上述的回收方法的實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
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)實施例。在特定實施例中，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于將CdTe從置于爐內(nèi)的部件上升華開有效的溫度。收集構(gòu)件被設(shè)置成使得在爐中產(chǎn)生的升華的CdTe擴散到收集構(gòu)件上，該收集構(gòu)件被保持在對于使升華的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)或遠離爐，并可被冷卻以增強鍍覆過程。該收集構(gòu)件被進一步配置成用于后續(xù)處理，以例如通過機械搖動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。用于此收集過程的收集構(gòu)件可從爐 (或遠離位置)移除。上述系統(tǒng)的實施例的變型或改型在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)，并可在本文中進一步討論。本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點在參考下面的描述和所附權(quán)利要求后將更好地理解。


在本說明書闡述了本發(fā)明的完整和能夠?qū)嵤┑墓_，包括其最佳模式，說明書參考了附圖，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明各方面的系統(tǒng)的一個實施例的示意性視圖；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)明的方法的一個實施例的方塊圖。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于從所述部件上使CdTe升華開有效的水平；將所述爐內(nèi)的溫度和真空條件保持在對于防止升華的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擴散到收集構(gòu)件(16，18)上，所述收集構(gòu)件 (16，18)被保持在對于使所述升華的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)置成遠離所述爐 (14)，并且所述升華的CdTe擴散出所述爐到達所述收集構(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，使得其中一個收集構(gòu)件用來收集正在所述爐中升華的CdTe，同時另一個收集構(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于從置于所述爐內(nèi)的部件上使 CdTe升華開有效的溫度；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擴散至所述收集構(gòu)件，所述收集構(gòu)件能夠被保持在對于使所述升華的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)置成遠離所述爐(14)，并且所述升華的CdTe擴散出所述爐到達所述收集構(gòu)件，并且還包括配置成遠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，使得其中一個所述收集構(gòu)件用來收集正在所述爐中升華的CdTe，同時另一個所述收集構(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于從置于爐中的部件使CdTe升華開有效的溫度。設(shè)置收集構(gòu)件(16，18)，使得在爐中產(chǎn)生的升華的CdTe擴散到收集構(gòu)件。該收集構(gòu)件被保持在對于使升華的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C01B19/04GK102180447SQ201010616039
公開日2011年9月14日 申請日期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 申請人:初星太陽能公司