太陽光パネルのリサイクル化技術開発－簡便に板ガラスと太陽電池セルを分離する技術開発－
嶋田一裕*

宗本隆志*

今後，太陽光パネルの大量廃棄が予想されており，太陽光パネルのリサイクル化技術が求められている。
そこで，太陽光パネルをリサイクルするうえでの障害となる充填材の除去を簡単に行う技術の開発を目的とし，太陽光パネルの構成材料である板ガラスと太陽電池セルの分離技術の開発を行った。板ガラスは，ホットカッターで処理した後に板ガラス表面に残った充填材を電動ブラシで処理することで容易に分離できた。分離した板ガラスは透過率が高く，有害元素も含まないソーダ石灰ガラスであった。太陽電池セルは，リモネンに浸した後に膨潤した充填材をホットカッターで除去することで，容易に分離できた。分離
した太陽電池セルは分離前と同等の発電性能を示した。
キーワード：太陽光パネル，板ガラス，太陽電池セル，リモネン

Development of Recycling Technology for Solar Panels- Development of Easily Separate Method of Flat Glass and Solar Cells Kazuhiro SHIMADA and Takashi MUNEMOTO
In the future, mass disposal of solar panels is expected, and recycling technology for solar panels is required. For the purpose of developing atechnology that can easily remove the fillers that hinder the recycling of solar panels, we separated the flat glass and solar cells, which are
the constituent materials of the solar panels. The flat glass could be easily separated by performing an electric brush treatment on the filler
remaining on the surface of the flat glass after being treated with a hot cutter. The separated flat glass was soda-lime glass with hightransmittance and no harmful elements. The solar cells could be done easily by removing the swollen filler after immersion in limonene witha hot cutter. The separated solar cells showed the same generation performance as before separation.
Keywords : solar panels, flat glass, solar cells, limonene

１．緒

大 量 廃 棄 さ れ る と 予 想 さ れ て い る 2) 。 そ の 規 模 は 最 大言

2009年 より 始まっ た固定 価格 買取制 度 (英 語表記 でのFeed-in Tariffを 略 して FITと 呼 ば れる こ とも あり ， 太陽の 年 で 80万 ト ン で あ り ， 日 本 の 産 業 廃 棄 物 の 6％ を 占める ほどである。

光発電など再生可能エネルギーで発電した電気を電力

太陽光パネルは，太陽電池セル，板ガラス，充填材

会 社が一定 期間中 は同じ価格 で買い取 る制度 )の ため，(EVA： エ チ レ ン ・ 酢 酸 ビ ニ ル 共 重 合 樹 脂 )の 主 要 部 材

1)

国内太陽光パネルの設置は爆発的に増えている 。特か ら 構 成 さ れ て い る (図 1)。 環 境 省 で は ， 2016年 に 太 陽に事業者が設置する太陽光パネルが急増しており ，各光パネルの大量廃棄時代に備えて「太陽光発電設備の地においてメガソーラーと言われる大規模太陽光発電リサイクル等の推進に向けたガイドライン」を制定し所が開所されている。北陸においても全国９位となるている。ただし，分別する手法に関してまでは定めら大規模発電所が宝達志水町と高岡市にまたがり開所されていない。これは，水や紫外線に対して高耐性であれている。このような中で太陽光パネルは，今後順次ることから太陽光パネルの充填材で使用されている

終 了 す る FITや 太 陽 光 パ ネ ル の 寿 命 も あ り ， 2020年 頃

EVA 3) が 接 着 材 の 役 割 を 果 し て 強 固 に 接 着 し て い る た

か ら 徐 々 に 廃 棄 が 増 え て い き ， 2039年 頃 に は 爆 発 的 にめ，板ガラスや太陽電池セルだけを取り出すことは容易ではないからである。これまで充填材除去で検討さ* 化 学食品 部

れている，熱処理方法においては，爆発防止と充填材した。リモネンは，柑橘類の果皮に多く含まれ，その香りを構成する物質のひとつであり，発泡プラスチッ
ク を 溶 解 す る こ と で 知 ら れ て い る 6) 。 毒 劇 物 で は な い
同様な溶媒としてエタノール，ヘキサンにおいても試験を 行った。

３．結果 及び考察
図1

太陽 光パネルの断 面模式図

３．１

板ガラスの分離ホットカッターで切り取った板ガラス表面をエネル
炭 化 を 防 ぐ た め の 酸 素 濃 度 調 整 が 煩 雑 で あ る 4) 。 ま た ，

ギ ー 分 散 型 Ｘ 線 分 析 装 置 (日 本 電 子 ㈱ ・ JSM-6510LA)で

酸 分 解 処 理 で は 長 時 間 (100時 間 ～ 50時 間 )要 し ， 安 全

元素 分析を行った 結果を図 2 に 示す。これよ り，まだ性に 欠ける課題 も ある 5) 。

充 填材の主 成分で ある炭 素成 分 (C)の ピー クが高く 検出

そこで本研究では，太陽光パネルから充填材を除去

さ れ ， ガ ラ ス の 主 成 分 で あ る 珪 素 成 分 (Si)の ピ ー ク をし板ガラスや太陽電池セルを容易に分離する方法 につ

検 出 す る こ と が で き な か っ た (ホ ッ ト カ ッ タ ー 処 理 )。

いて 検討した。

このことは，十分に充填材が取り除けていないことを示す。そこで，切断表面をホットカッターでなぞり残２．実
２．１

験

板ガラスの分離留する充填材を除去したところ，ホットカッター表面に充填材が絡まり切れ味が低下し十分に除去すること

太陽 光パネルで使 用される 板ガ ラスは ，厚さ 約 3 ㎜ができなかった。これらの結果より，電動ブラシで板であり，太陽光パネルの大部分の面積と重量を占めてガラス表面に残留する充填材を削り取った。同様にエいる 部材である。

ネルギー分散型Ｘ線分析装置で測定した結果，炭素成

本研究の試験サンプルとしては，石川県工業試験場

分のピークが小さくなり珪素成分のピークを検出するの シ リ コ ン 系 太 陽 光 パ ネ ル (1300×800mm)を 10×10mm

こ と が で き た (電 動 ブ ラ シ 処 理 )。 電 動 ブ ラ シ を 用 い る程度に切り出して用いた。なお，石川県工業試験場の太陽 光パネルは， 平成 9 年に設 置したもので シャープ㈱製 である。
太陽光パネルの板ガラスには強化ガラスが用いられているため，切り出し時に細かく割れてしまい易く，実際の処理時には太陽光パネル単位での処理が必要である 。
板 ガ ラ ス の 分 離 に あ た り ， 100℃程 度 の 加 熱 に お いて充填材は柔軟になるため，加熱後に板ガラスを切り取る方法について検討した。そこで，先端温度が360℃に な る カ ッ タ ー (ホ ッ ト カ ッ タ ー )を 使 用 し ， 板ガ

図2

元素 分析結果

ラス と充填材の境 界面を切断し た。

２．２太陽電池セルの分離

太 陽電 池 セル は， 厚さ 0.5mm程 度 で 非常 に薄 く 脆い部材である。そのため，機械的なホットカッターでの直接分離ではなく有機溶媒による充填材の除去について検討した。有機溶媒として，充填材である高分子を溶かしトリクロルエチレンのような発がん性物質ではなく，トルエンのような劇物ではないリモネンに着眼

図3分離 した板ガラス

表1 板ガラスの組成

図4

成分wt%

SiO270

Na2O

14CaO

11Al2O33

分離 した板ガラス 表面

ことで残留した充填材が除去され，熱処理のような煩ガク ・ ZSX Primus)を用いて行っ た。 その結果 ，板ガラ雑な処理はなく板ガラスを容易に分離できることが確

ス の 組 成 は け い 酸 (SiO2:70-74wt%), ソ ー ダ 灰 (Na2O:12-

認で きた (図 3)。

16wt%),石 灰 (CaO:10-13wt%)を主 成分とし たソーダ石 灰

ホットカッターのみで容易に分離できなかった理由

ガラ スの組成と類 似していた (表 1)。ソーダ 石灰ガラスとして，ガラス表面の構造が原因の一つにあげられる。

は窓ガラス，びん，多くの食器類などに広く利用され充填材と接しているガラス表面には，太陽光の反射をており，太陽光パネルで使用される板ガラスは幅広く軽減し，より多くの太陽光を透過し発電効率を上げる再利用可能である。また，ガラスリサイクルにおいてために，テクスチャ構造とよばれる凹凸構造が形成さ

有 害 成 分 (セ レ ン :Se， ヒ 素 :As， 鉛 :Pb)の 有 無 が リ サ イ

れ て い る (図 ４ )。 こ の 凹 凸 構 造 の た め ， 充 填 材 が 取 りクル可能かどうかの目安となるため，分離した板ガラ除き にくくなった ものと 考えら れる。

スを蛍光Ｘ線分析装置で元素分析した。その結果，今分離した板ガラスの状態を調べるため，透過率を紫回の試験サンプルからはそれぞれの成分ピークは確認

外 可 視 分 光 光 度 計 ( ㈱ 日 立 ハ イ テ ク ノ ロ ジ ー ズ ・ U-

されず，有害成分の検出は無かった。上記の結果より，

2810)で 測定し た。この 測定に おいて ， テクス チャ構造

分離した板ガラスのリサイクル化が十分可能であるこは透過光を散乱するため，直進成分と散乱成分の両方とが 示された。

を測定できる積分球を用いて測定した。その結果，スライドガラスと比較しても分離した板ガラスは高い透３．２過率を示しており，これは不純物が少ないことも示唆

リ モ ネ ン 溶 媒 中 に セ ル を 浸 漬 さ せ る と ， 1時 間 程 度して いる (図 5)。

太陽電池セルの分離で充填材は膨潤したが溶解・除去には至らなかった。

次に ，板ガラスの 組成分析を蛍 光Ｘ線分析装 置 (㈱ リ

これは，リモネンと充填材の分子構造の類似性が低いからである。膨潤した充填材は，容易に除去すること100が可能であったので，リモネン溶液に試験サンプルを浸し ，膨張した充 填材をカッタ ーで取り除く ことで太80

透過率(%)

6040
太陽電池板ガラス
スライドガラス

200350450

図5550
波長(nm)

650

紫外 可視分光光度 計分析結 果

750

図6

分離 した太陽電池 セル

なお，太陽光パネルを切り出して試験サンプルを作

87

分離前製しているため，太陽電池セルに損傷・電極剥がれが分離後

生 じ，発電 効率等 の性能につ いては太 陽光パ ネル (発電電流密度(mA/cm2)

6

効 率 ： 約 12%)よ り も 試 験 サ ン プ ル が 劣 化 し た も の と 考5えられる。よって，板ガラス同様，太陽電池セルにお4いても実際の分離時には太陽光パネル単位での分離が3必要 である。

2４．結1言石川県工業試験場の太陽光パネルを 試験サンプルと000.1

図70.2

0.3

0.4

0.5

電圧（Ｖ）

して，板ガラスと太陽電池セルの簡易的な除去技術に太陽 電池セルの電 流－電圧 測定

ついて取り組み，小スケールの試験サンプルではあるが， 以下のような 成果が得られ た。
(1) 板 ガ ラ ス は ， ホ ッ ト カ ッ タ ー と 電 動 ブ ラ シ を 組 み

表 2 太陽電池セル の性能値
分離前

分離後短絡電流(mA/cm2)

7.48

6.98

開放電圧(V)

0.51

0.51

曲線因子

0.61

0.61

発電効率(%)

2.32

2.12

合わることで容易に分離することが可能となった。
(2) 太 陽 電 池 セ ル は 有 機 溶 媒 で あ る リ モ ネ ン で 充 填 材を膨潤させた後に，充填材をカッターで取り除くこと で容易に分離 することが可 能 となった。
今後は県内企業に向けて技術普及を継続し，県内企業の リサイクル化 技術開発を促 進していきた い。

参考文献
1)

経済産業省「平成29年度エネルギーに関する年次報告」(エネルギー白書2018)

陽 電 池 セ ル を 容易 に 分 離 でき (図 6)， 従 来 の 酸 分 解 処 理

2)たガイドライン(第一版)」

より大幅に時間短縮できた。エタノール，ヘキサンについても同様の試験を行ったが膨潤は見受けられなか

3)4)㈱新菱. 太陽電池素子構成材料の回収方法. 特開 2014108375. 2014-06-12.

分離した太陽電池セルの分離後の性能を確認するた
め ，分 離前 後で 電流 -電圧測 定を 疑似 太陽 光下 (1SUN：

斎藤光高, 小坂勇次郎. エチレン-酢酸ビニル共重合樹
脂. 日本ゴム協会誌, 1970, no. 43, p. 192-197.

った。これより，発がん性や毒劇物ではない有機溶媒の中 でも，リモネ ンが有効であ ることが 確認 された。

環境省「太陽光発電設備のリサイクル等の推進に向け

5)

川鉄テクノリサーチ㈱. 太陽電池モジュールからのシ1000W/m 2 )で 測 定 し た 。 そ の 結 果 ， 分 離 前 後 に お い て

リコンウエーハおよび強化ガラスの回収方法 . 特開

開放電圧・短絡電流・曲線因子・発電効率ともに同等

2004－42033. 2004-02-12.の値を示しており，分離作業における性能劣化はほとんど みられない (図 7， 表 2)。

6)

野口勉. d-リモネンを用いた発砲スチロールリサイクル
技術. 高分子. 1999, no. 48, p. 791.