铟被归类为稀有分散金属之一[1],主要通过两种途径生产:一是从含铟矿物中提取和分离;二是回收报废的含铟产品。全球铟资源量估计约为5万吨[2],但主要地质调查机构并未公布具体的储量数据。闪锌矿和黄铜矿是最常见的铟来源[3],然而它们的铟含量通常很低,介于1 ppm以下到约100 ppm之间。因此,金属铟的工业生产主要通过提纯废锌和锡残渣来实现,其回收率约为60–70%[4]。
由于地质稀缺性和提取限制,初级铟供应的稳定性面临日益增长的不确定性。同时,作为半导体和光电子化合物的关键材料[5],随着先进电子技术和可再生能源技术的快速发展,对铟的需求也在激增。多项研究表明,按照目前的消费趋势,天然铟资源可能在2045年前耗尽[6]。这一预测凸显了寻找替代的可持续铟来源的紧迫性。在潜在的解决方案中,从工业废物和消费后产品中回收铟被认为是一个特别有前景的方法[7]。
最新数据显示,二次铟生产正在迅速增长,其规模已接近初级生产。目前,主要有两种废物流对二次回收做出贡献:首先是废弃的液晶显示器(LCD)面板,这种产品的年全球年产量达数十亿块,平均使用寿命仅为三到五年。LCD面板通常由两块玻璃基板组成,中间夹着包含液晶层的偏振膜,内玻璃表面涂有功能性的氧化铟锡(ITO)薄膜[8]。随着全球范围内退役LCD的积累,可回收的铟量估计超过数千吨,构成了重要的二次资源。另一个主要来源是光伏(PV)设备,特别是铜铟镓硒(CIGS)薄膜模块和HJT模块,这两种设备在其吸收层或导电层中都含有铟。随着光伏成为全球第三大可再生能源来源,预计到2050年其装机容量将超过8500吉瓦。对于HJT技术而言,目前的装机容量约为3.25吉瓦,未来几年内这一容量预计将超过50吉瓦。考虑到PV模块约25–30年的使用寿命[9],预计到2035年将产生大量的报废HJT废物及其所含的铟,这使这些模块成为重要的二次铟资源。
报废PV模块的回收已受到全球越来越多的关注。欧盟(EU)已将PV废物纳入《废弃电气和电子设备指令》(WEEE)中,该指令要求PV模块的回收率必须超过85%[10]。传统的处理方式(如填埋和焚烧)因可能释放有害渗滤液和关键金属的不可逆流失而越来越不可行。相反,可持续回收不仅能够减轻环境风险,还能促进关键材料的循环利用。First Solar等企业已经证明了高价值回收的工业可行性,他们通过闭环回收CdTe模块实现了超过90%的回收率[11]。对于HJT模块而言,其铟含量超过0.2%,远高于最低经济开采阈值0.002%。这一独特特性使得HJT回收既具有环境效益,又具有经济吸引力,为加强光伏行业的长期可持续性提供了途径。
现有的关于铟回收的文献综述主要集中在LCD面板上[11],但这些设备的结构架构和材料组成与PV模块有所不同。同样,虽然有关PV回收的广泛评估也存在,但它们通常侧重于从晶体硅(c-Si)中回收硅和银[12],或关注CIGS薄膜PV模块的复杂冶金过程[13]。
尽管针对c-Si回收已经建立了成熟的框架,但在当前的冶金研究中,HJT技术仍明显被忽视。例如,选择性分离ITO层和处理低温聚合物基银浆等特定挑战需要不同的处理策略。随着HJT市场的快速发展,系统分析这些独特的材料流动并设计定制的回收路径变得至关重要。
为填补这一空白,本文提供了专门针对HJT太阳能电池的铟回收策略的全面分析。除了技术调查外,还探讨了设备结构与资源关键性之间的相互作用,评估了从物理分层到湿法冶金提纯各阶段的技经可行性,并分析了工业规模化的限制。此外,本文还综合了新兴创新,提出了针对HJT废物的新型混合工艺流程。通过这一综合视角,本文旨在为下一代光伏行业的可持续循环发展制定战略路线图。