来源 / 朱加尖 上海第二工业大学、上海晶环嘉远能源科技  有限公司

解雅惠 上海第二工业大学

张 利 上海第二工业大学

刘峻成 上海第二工业大学

苑文仪 上海第二工业大学

低碳排放需求与全球能源危机推动了光伏（PV）产业的快速发展 。2023 年，全球新增太阳能光伏装机容量达 345.5 GW，累计装机容量突破 1.42 TW 。根据国际能源署（IEA）等机构的预测，全球光伏累计装机容量将在 2030 年达到 10 TW，并于 2050 年增长至 30–80 TW。随着光伏组件 25~30 年服役周期届满，届时规模化退役潮将全面到来。退役光伏组件富含玻璃、高纯硅、银、铝、铜等高价值组分，具备极高的资源化利用价值，例如银作为光伏产业最大的消费领域之一，其回收可大幅降低对原生银矿开采及战略性矿产资源进口的依赖。

退役光伏组件的回收过程包括三个主要步骤：（1）机械拆卸铝（Al）框架和接线盒，（2）分离各层，以及（3）回收有价值的金属 。然而，在制造过程中，EVA 将玻璃、太阳能电池和背板紧密结合在一起，给回收带来了巨大的挑战。EVA 的高稳定性和强粘附性阻碍了硅片和玻璃的分离，显著增加了回收的难度 。因此，分离 EVA 已成为回收有价值成分的先决条件。目前分离退役光伏组件的方法包括机械分离、热分解和化学溶解 。机械分离技术（如破碎后静电分选、高压脉冲破碎、热刀切割、激光辐照等）可实现初步回收，通过简单分选即可完成破碎物料的初步资源化，但该方法存在硅片与玻璃分离难度大、EVA 剥离不彻底的固有缺陷；热刀切割虽可通过加热刀片熔融 EVA 层，实现玻璃、背板与主体的分离，但仅能部分解除 EVA 与玻璃、硅片表面的粘结，无法实现完全剥离。相比之下，在 500-550℃惰性气氛下，EVA 可实现 100% 热分解，但高能耗、有害气体（尤其是含氟背板热解产生的有毒废气）排放等问题，仍是热分解工艺规模化应用的核心挑战。整体来看，传统物理破碎分选法存在分离精度低、金属损失大、硅片利用率低等问题，热解法易产生含氟有毒气体与有机废气，湿法冶金使用硝酸、盐酸等强酸体系，存在设备腐蚀严重、废水排放量大、环境风险高等缺陷，难以满足绿色低碳发展要求。

随着绿色溶剂技术的快速发展，离子液体、低共熔溶剂、生物基溶剂等新型介质逐步应用于固废资源化领域。其中，低共熔溶剂（DES）由氢键受体与氢键供体通过氢键作用自组装形成，具有合成简单、生物相容性好、无闪点、可设计性强、可循环利用等突出优势，能够实现对 EVA 聚合物、金属单质 / 氧化物、硅基底的选择性作用，适配光伏组件多层结构、多材料界面的精准分离需求。相比离子液体（合成复杂、毒性高、成本高）与生物基溶剂（效率低、工艺冗长），低共熔溶剂已经成为光伏绿色回收领域最具应用前景的溶剂体系。目前，DES 已被广泛应用于 EVA 胶膜溶解脱除、银铝高效浸出、高纯硅片回收等关键环节，成为退役光伏组件资源化回收的研究热点。基于此，本文围绕 DES 在退役晶硅光伏组件全流程资源化回收中的应用展开系统综述，涵盖溶剂特性、分离机理、工艺研究、经济性与环境效益、工业化瓶颈及未来展望，全面总结该领域最新研究成果，为推动 DES 绿色回收技术的产业化应用提供参考。

2.1 DES 的定义与主流分类

低共熔溶剂是由氢键受体（HBA，多为季铵盐、两性离子化合物）与氢键供体（HBD，羧酸、醇、酚、酰胺、尿素等）按一定摩尔比混合加热形成的低熔点共熔混合物，其熔点显著低于单一组分。适配光伏回收的 DES 可按氢键供体类型分为四大类，其中羧酸型 DES 以草酸、柠檬酸、丙二酸、酒石酸等为氢键供体，酸性强、溶解 EVA 与浸出金属效率高，是目前应用最广泛的体系；醇型 DES 以乙二醇、甘油等为氢键供体，粘度低、毒性低、对硅片友好，多用于金属浸出与温和解离；酰胺型 DES 以尿素、乙酰胺等为氢键供体，中性温和、腐蚀性低，适用于硅片保护型回收；疏水型 DES 以薄荷醇、长链脂肪酸等为氢键供体，疏水性强、易分离再生，为 EVA 脱除提供了新路径。主流氢键受体以氯化胆碱（ChCl）、甜菜碱盐酸盐（BeCl）为主，原料易得、成本低廉、生物降解性好，是光伏回收领域最常用的两类氢键受体。图 2 显示了三种 DES 溶剂的制备和氢键形成过程。如图 2a 所示，使用 ChCl 作为 HBA，而 OAD、CA和 MA 作为 HBD 来制备三种 DES。与单个组分相比，HBA和 HBD 之间强烈的氢键相互作用（OH-Cl）显著降低了混合物的熔点，确保了 DES 保持在稳定的粘性液态。这种配置促进了有机酸中的质子离域，从而增加了 DES 的酸度，并可能提高它们在溶质分离中的效率。

2.2 适配光伏回收的 DES 核心特性

在退役光伏组件回收中，DES 展现出四大不可替代的核心优势。首先是溶解性精准可调，通过改变 HBA 与 HBD种类、摩尔比，可调控溶剂极性、酸性、络合能力，实现对 EVA、金属、硅片的选择性分离，这是传统单一溶剂无法实现的特性。其次是绿色环保，多数组分来源于生物质，无毒、可生物降解，无 VOC 排放，能够替代甲苯、三氯乙烯、强酸等传统有毒有害试剂，从源头上减少二次污染。第三是低挥发性与高热稳定性，DES 无闪点、高温下不易挥发，安全性高，适配光伏回收中需要高温处理的工艺环节，同时减少了溶剂损耗。最后是制备简单、成本低廉，DES 采用一步合成法制备，无需复杂纯化过程，原料均为大宗化工品，易于规模化生产与应用，为其工业化推广奠定了基础。

3.1 DES 用于 EVA 胶膜与含氟背板的溶解脱除

EVA 胶膜与含氟背板的高效脱除是光伏组件回收的首要瓶颈，直接决定了后续硅片与金属回收的效率和质量。DES 可通过渗透、溶胀、化学键断裂等多重机制实现聚合物的高效降解与剥离，其中羧酸型 DES 是 EVA 解离的主流体系。Yu 等首次采用氯化胆碱 - 草酸（ChCl-Oxa）体系，在 175 ℃下处理 10 h，实现 EVA 分离率 100%，铝背场去除率 98.4%，且溶剂循环 10 次后性能无明显下降。Yu 等在此基础上开发了氯化胆碱 - 二水合草酸（ChCl-OAD）体系，利用结晶水降低溶剂粘度，显著提升了溶剂的渗透能力，在 165 ℃下仅需 8 h 即可实现组件完全解离，进一步降低了能耗。疏水 DES 为绿色解离提供了新方案，Yang 等开发的薄荷醇 - 癸酸体系在 80 ℃下 2 h 即可实现玻璃 - 背板 - EVA 高效分离，依靠亲疏水切换实现溶剂循环利用，大幅降低了反应温度。其作用机理主要为高温下 EVA 与背板热收缩差异产生界面通道，DES 渗透进入胶膜内部；酸性 DES 提供 H⁺催化 EVA 酯基水解断裂，破坏聚合物链结构；同时 DES 浸出铝层，进一步瓦解界面粘结力，实现层压件完全解离。

3.2 DES 用于银、铝、铜等金属的选择性浸出与分离

银、铝、铜是光伏组件中经济价值最高的可回收金属，DES 可实现温和、高效、高选择性浸出，避免了传统强酸体系的过度腐蚀与金属损失。银浸出是该领域的研究核心，Zhang 等采用氯化胆碱 - 尿素体系添加 CuCl₂ 作为氧化剂，80 ℃下银浸出率达 100%，加水沉淀后银回收率 98.6%。Lemoine 等采用氯化胆碱 - 乙二醇（Ethaline）体系耦合 Fe³⁺ /Fe2+ 氧 化 还 原 穿 梭，75 ℃ 下 银 浸 出 率 达 99.9%，并可通过电沉积实现银回收与氧化剂再生，形成了闭环工艺。Huang 等开发的甜菜碱盐酸盐 - 乙二醇（BeCl-EG）体系添加 CuCl₂ 作为氧化剂，100 ℃下 45 min 银浸出率高达 99.86%，循环 24 次后仍保持 95.87% 的效率，展现出优异的循环稳定性。铝浸出多与 EVA 解离同步完成，酸性 DES 可将铝转化为稳定络合物，去除率普遍高于 98%，铜、锡等焊接金属也可通过调控 DES 组成实现高效浸出，其作用机理为氧化性离子（Cu²⁺ 、Fe³⁺ ）将 Ag 单质氧化为 Ag⁺ ，Cl⁻ 、乙二醇、羧酸根与 Ag⁺ 形成稳定络合物，促进金属持续溶解；铝在酸性条件下发生反应并形成配位离子，实现高效溶出。

3.3 DES 用于硅片表面蚀刻与高纯硅回收

高纯硅片是光伏组件的核心价值组分，其价值占组件总价值的 40% 以上，传统强酸强碱处理易造成硅片腐蚀破损，导致硅片无法直接复用。DES 体系对硅基底具有极高的化学惰性，在溶解 EVA、浸出金属的同时，不会破坏硅晶体结构，能够实现近无损回收。朱能武等采用氯化胆碱和草酸基深共晶溶剂过氧化氢水溶液体系 (ChCl-OA-H2O2) 浸出金属后，结合碱洗去除减反射膜，硅片保留率达 99.41%，纯度 97.47 wt%，再制电池效率可达原片 92% 以上。DES 的温和特性使其能够最大程度保留硅片的厚度、形貌与电学性能，是目前实现高纯硅片高值化回收的最优选择。

3.4 DES 耦合工艺在光伏全组分回收中的集成应用

在退役光伏组件回收中，DES 展现出四大不可替代的核心优势。首先是溶解性精准可调，通过改变 HBA 与 HBD种类、摩尔比，可调控溶剂极性、酸性、络合能力，实现对 EVA、金属、硅片的选择性分离，这是传统单一溶剂无法实现的特性。其次是绿色环保，多数组分来源于生物质，无毒、可生物降解，无 VOC 排放，能够替代甲苯、三氯乙烯、强酸等传统有毒有害试剂，从源头上减少二次污染。第三是低挥发性与高热稳定性，DES 无闪点、高温下不易挥发，安全性高，适配光伏回收中需要高温处理的工艺环节，同时减少了溶剂损耗。最后是制备简单、成本低廉，DES 采用一步合成法制备，无需复杂纯化过程，原料均为大宗化工品，易于规模化生产与应用，为其工业化推广奠定了基础。

4.1 溶剂循环稳定性、粘度制约与再生技术不足

高温、强酸性条件下，部分 DES 存在氢键供体分解、溶剂变质等问题，循环寿命难以满足工业化要求。例如，羧酸型 DES 在 180 ℃以上长时间使用时，草酸会发生分解，导致溶剂酸性下降，分离效率降低。同时，羧酸型、醇型 DES 常温粘度较大，影响传质效率，导致反应时间较长，且产物与溶剂分离速度慢，限制了处理效率。高粘度还会增加泵输送和搅拌的能耗，进一步提高了运行成本。虽然可以通过升高温度或添加助溶剂降低粘度，但升高温度会增加能耗和溶剂降解风险，添加助溶剂则会增加成本和分离难度。因此，开发低粘度 DES 体系或高效的粘度调控方法，是提升 DES 工艺效率的关键。另外，目前溶剂再生方法仍以蒸馏、反溶剂为主，能耗偏高，且再生过程中会损失部分溶剂，进一步增加了成本。开发高效、低能耗的溶剂再生技术，提高 DES 的循环稳定性，是其工业化应用需要解决的首要问题。

4.2 专用 DES 的靶向设计与规模化工艺放大的难题

现有 DES 多为通用型体系，针对超薄硅片、双面组件、叠层组件等新型光伏组件的专用型 DES 研究较少，分离选择性仍有提升空间。例如，叠层组件包含多种半导体材料和复杂的层压结构，通用型 DES 难以实现各层的精准分离。此外，针对不同金属的高选择性浸出 DES 也有待进一步开发，以提高金属分离的纯度和效率。

目前 DES 回收技术大多处于实验室间歇式反应阶段，工业化需要连续化解离、连续浸出、在线分离等专用设备，而现有设备无法满足 DES 高粘度、高温、强腐蚀性的工艺要求。此外，缺乏成熟的工程化装备与标准流程，不同批次退役组件的成分差异也给工艺的稳定性带来了挑战。如何实现从实验室小试到工业化放大的平稳过渡，是当前面临的重要工程难题。

低共熔溶剂（DES）作为一种绿色可调、经济高效的新型溶剂，适配退役晶硅光伏组件多层结构精准分离与全组分高值化回收需求，在EVA 胶膜脱除、银铝铜浸出、高纯硅片回收等环节展现出传统工艺无法比拟的优势。DES 工艺可实现绿色低碳、无二次污染、高回收率、高硅片完整性，是未来光伏回收产业化的核心发展方向。尽管目前在循环稳定性、工程放大、粘度调控等方面仍存在挑战，但随着新型溶剂开发、耦合工艺创新与装备技术升级，DES 必将成为退役光伏组件资源化回收的主流技术，为我国光伏产业绿色低碳循环发展提供关键支撑。未来的研究应重点围绕以下几个方向展开：一是开发低粘度、低温高效、长循环寿命的新型功能化 DES，实现 EVA 低温快速解离，降低能耗和溶剂降解风险；二是深化原位机理与量子化学计算研究，揭示 DES - 聚合物 - 金属 - 硅的界面作用机制，为 DES 的靶向设计提供理论指导；三是发展 DES - 超声、DES - 微波、DES - 电化学耦合强化工艺，提升分离效率，缩短反应时间；四是研发连续化、模块化、自动化工业化装备，建立标准化的工艺流程，推动技术从实验室走向产业化；五是建立DES回收全生命周期评价体系，完善绿色标准与行业规范，为政策制定和产业发展提供科学依据。