光伏太陽能電池生產過程中的污染問題

李志彬

摘 要：太陽能晶硅電池片生產工序多、工藝復雜且涉及硝酸、氫氟酸、鹽酸、硫酸、異丙醇、松油醇等多種化學品，生產過程產生氟化物、氮氧化物、HCl、Cl2、硫酸霧、NH3、非甲烷總烴等多種大氣污染物，通過分析各類大氣污染物的來源、成分、初始濃度等污染特征，按照技術成熟、經濟合理、達標排放等大氣污染物控制原則，對生產中產生的各類廢氣設計了相應的處理措施，凈化后的外排廢氣可滿足國家相關排放標準要求。

關鍵詞：多晶硅電池片；廢氣；措施

1 多晶硅電池片生產工藝簡述

太陽能電池片生產工藝通常包括硅片清洗、制絨、堿洗、酸洗、磷擴散、邊緣刻蝕、等離子化學氣相沉積（PECVD）、絲網印刷干燒結、檢測包裝等工序，簡述如下：

（1）超聲波清洗。去除硅片上的污物，把硅片放入超聲波清洗器中清洗，如進廠前已經清洗過，可直接進入制絨工序。

（2）制絨。太陽能電池片采用硝酸、氫氟酸、異丙醇等制絨，與硅片反應生成H2SiF6和NOX。反應方程式：Si+2HNO3+6HF→H2SiF6+NO2↑+3H2O+NO↑+H2↑。此工序產生含HF、NOX、H2、非甲烷總烴的廢氣。

（3）制絨后清洗：多晶硅太陽能電池制絨后采用純水噴淋清洗。

（4）堿洗：多晶硅太陽能電池制絨清洗后，再采用KOH進行堿洗。

（5）堿洗后清洗：堿洗后采用純水進行噴淋清洗。

（6）擴散前酸洗：堿洗后采用10%～20%的HCl進行酸洗，此工序產生含HCl廢氣。

（7）酸洗后水洗：酸洗后多晶硅太陽能電池采用純水噴淋方式（8）擴散前酸洗：HCl清洗后采用10-20%的HF進行酸洗，此工序產生HF廢氣。

（9）酸洗后水洗：酸洗后多晶硅太陽能電池采用純水噴淋方式進行清洗。

（10）磷擴散：磷擴散是在硅片表層摻入純雜質原子的過程，工藝采用液態擴散源。過程反應為：C2H3Cl3+2O2→3HCl↑+2CO2↑。該工序將產生含HCl、Cl2的酸性廢氣。

（11）邊緣刻蝕：利用HNO3、HF和硫酸的混合溶液對硅片邊緣進行腐蝕，去除硅片邊緣的PN結，具體的反應式為：Si+HNO3+HF→H2SiF6+NO2↑+H2O+NO↑+H2↑。

此工序產生含HF、NOX、硫酸霧的酸性廢氣。

（12）刻蝕后清洗：刻蝕后采用純水進行清洗。

（13）堿洗：刻蝕后采用NaOH進行清洗，以去除表面的H2SiF6。

（14）清洗：堿洗后采用純水進行清洗。

（15）去PSG：該工序是對刻蝕后硅片上的污物及在擴散中產生的SiO2用HF和HCl清洗的方法進行清除。該工序產生含氫氟酸和HCl的廢氣。

（16）清洗：去PSG后采用純水進行清洗和吹干。

（17）等離子化學氣相沉積（PECVD）

PECVD被用來在硅片上沉積氮化硅材料，將硅片裝在石墨舟上，通過化學反應產生氮化硅。典型化學反應為：3SiH4+4NH3→Si3N4+12H2↑。該工序產生含CF4、SiF4、SiH4、NH3及H2的堿性廢氣。

（18）絲網印刷干燒結。通過絲網印刷機將銀漿、鋁漿及松油醇調配成導電材料印刷在硅片上，作為太陽電池導電的主要通道；烘干后再經過高溫（電加熱）燒結成合金。該工序產生有機廢氣。

（19）分類檢測。成品入庫前使用檢測系統對產品進行檢測，將產品分等級包裝入庫待售。

2 太陽能電池生產廢氣

太陽能電池生產中廢氣污染物分析如下：

（1）酸性廢氣。主要來自制絨和去磷硅玻璃工序產生的HF、NOX等酸性氣態污染物。

（2）擴散廢氣。擴散工序產生的廢氣主要是Cl2。

（3）刻蝕廢氣。刻蝕廢氣中的污染物主要為HF、CO2和少量的SiO2。

（4）PECVD廢氣。PECVD廢氣主要為未發生反應的SiH4、NH3和反應生成的H2。

（5）印刷廢氣和燒結廢氣。印刷和燒結工序廢氣主要是由于漿料中的有機溶劑等物質揮發的有機氣態物質，有機物的產生情況與漿料的成分、含量等因素密切相關。

3 廢氣處理設施

太陽能電池生產項目配套了3套廢氣治理設施，分別為：

3.1酸霧凈化塔

酸霧凈化塔主要處理酸性廢氣、擴散廢氣和刻蝕廢氣。

處理工藝：廢氣從廢氣洗滌塔底部水平穿過廢氣洗滌塔內的填料，堿液經噴淋系統從廢氣洗滌塔上方噴灑而下，與廢氣中的酸性氣體發生中和反應，從而達到凈化效果。為達到最佳吸收效率，堿液的pH值保持在9左右。自動加藥系統可實時檢測廢氣洗滌塔內中和液的pH值，根據實際檢測值與設定值的關系來驅動計量泵，從而實現自動加藥功能。

3.2硅烷燃燒塔

硅烷燃燒塔主要處理PECVD廢氣。

處理工藝：PECVD廢氣通過管道進入硅烷燃燒塔的硅烷燃燒室，同時通入一定量的壓縮空氣。硅烷在常溫空氣中即可自燃，硅烷燃燒后的溫度約500℃～600℃可引起氫氣燃燒。因此，在燃燒塔的硅烷燃燒筒內，硅烷和氫氣首先被燃燒處理，燃燒反應方程式為：

燃燒后的廢氣經由重力沉降室，大部分燃燒生成的SiO2等粉塵經過沉降，廢氣流速降低再進入硅烷燃燒塔的氨氣洗滌塔。氨氣洗滌塔中裝有填料，塔頂噴灑的酸性洗滌水。氨氣被酸液化學吸收，一般可能保證氨氣80%以上的去除率。

燃燒筒中廢氣燃燒產生的SiO2粉塵從底部的排渣口排出。為保證填料塔的去除效率，洗滌液定期更換，更換后的廢水進污水處理設施進行處理。

3.3活性炭吸附塔

活性炭吸附塔主要處理印刷廢氣和燒結廢氣。活性炭吸附塔內裝填活性炭，目前采用活性炭吸附裝置是處理有機廢氣常用的方法，其優點是設備較簡單，處理效率高，能達到90%以上的去除效率。其原理是利用活性炭纖維表面發達的微孔結構和活性炭本身的表面作用力，將廢氣中的物質吸附。活性炭吸附裝置最大的特點在于能在符合經濟條件的操作范圍內，幾乎可完全去除氣流中的有機成分，直至活性炭吸附容量達到飽和為止。

4 結語

太陽能電池做為一個綠色無污染的新型產品，現應廣泛應用于各個行業。由于其綠色無污染的特點，受到社會各界的廣泛推廣，擁有良好的前景。受市場引導，生產企業也層出不窮。如何在生產工程中，如何回收利用生產污水，達到減少污水排放，節約水資源的目的，正是本文所探討的問題。

參考文獻

[1]龔偉等.9家晶硅太陽能電池企業職業病危害調查[J].環境與職業醫學，2014（12）：957-960.

[2]吳剛，張峰.工業有機廢氣污染治理技術的應用和發展研究[J].環境與發展，2015（01）：69-70.

（作者單位：英利能源（中國）有限公司）