El silici monocristal·lí és el material base per a xips de silici que s'utilitzen a pràcticament tots els equips electrònics actuals. L'abast de l'energia solar, el silici monocristalí també s'utilitza per fabricar cèl·lules fotovoltaiques per la seva capacitat d'absorbir radiació.
El silici monocristal·lí consisteix en silici en el qual roman el vermell cristal·lí de tots els sòlids. Aquesta estructura de cristall no entra en les seves fronteres i està lliure de cap límit de diners.
El silici monocristal·lí es pot preparar com:
Un semiconductor intrínsec que està compost de silici molt pur
També es pot dopar mitjançant l'addició d'altres elements com el boro o el fòsfor.
Silici monocristal·lí sobre plaques solars
El silici monocristal·lí s'utilitza per a la fabricació de panells fotovoltaics d'alt rendiment.
Els requisits de qualitat de les plaques solars monocristallines són molt exigents. En aquest tipus de plaques, les exigències d'imperfeccions estructurals són menys elevades en comparació amb les aplicacions de microelectrònica. Per això, s'utilitza el silici de menor qualitat.
Malgrat això, la indústria d'energia solar fotovoltaica monocristal·lina de silici ha millorat considerablement.
Com fer plaques solars de silici monocristal·lí?
A més de la baixa taxa de producció, també hi ha preocupacions sobre el material malgastat en el procés de fabricació.
La creació de plaques solars que obrin l'espai requereix tallar els obles circulars en filades octogonals que es poden embalar. Els oblees circulars són un producte de lingots cilíndrics formats a través del procés Czochralski.
El material excedent no s'utilitza per crear cèl·lules fotovoltaiques i descarta el reciclatge produint lingots per a la seva fusió.
Les cèl·lules monocristal·lines de silici poden absorbir la majoria de fotons a 20 μm de la superfície incident. No obstant això, les limitacions del procés de serrat del lingot fan que el gruix comercial de la llosa se situï generalment al voltant de 200 μm.
Quina eficàcia té el silici monocristal·lí?
Aquest tipus de silici té una eficiència de laboratori unicel·lular registrada del 26,7%. Això significa que l'eficiència de conversió es confirma que és la més alta de totes les tecnologies fotovoltaiques comercials.
L'alta eficiència s'atribueix a:
Una manca de llocs de recombinació de cristalls únics
Una millor absorció de fotons pel seu color negre, en comparació amb el to blau característic del polisílic.
Les cèl·lules monocristallines són més cares que les cèl·lules policristalines. Per aquest motiu, les cèl·lules mono-Si són útils per a aplicacions on les principals consideracions són les limitacions de pes i l'àrea disponible.
Aquest tipus de panells s'utilitzen per exemple en naus espacials o satèl·lits alimentats amb energia solar. En aquests casos, a més, l'eficiència pot millorar encara més combinant altres tecnologies, com les cèl·lules solars multicapa.
Com es pot produir silici monocristal·lí?
El silici monocristal·lí es crea generalment mitjançant una varietat de mètodes que impliquen la fusió de silici semiconductor d'alta puresa i l'ús d'una llavor per iniciar la formació d'un sol cristall continu.
Aquest procés té lloc normalment en una atmosfera inerta, com l'argon, i en un gresol inert, com el cuarzo. D'aquesta manera, s'eviten les impureses que afecten la uniformitat del cristall.
En comparació amb el modelat dels lingots policristal·lins, la producció de silici monocristal·lí és molt lenta i cara. Tot i això, la demanda de silici monocristal·lí continua augmentant a causa de les propietats electròniques superiors.
En què consisteix el procés Czochralski?
El mètode de producció amb silici d'un sol cristall és el procés Czochralski. Aquest procés consisteix en la immersió d'un cristall submergit muntat en pals amb precisió en el silici fos.
Després, la barra s'elimina lentament del penya-segat i gira simultàniament. D'aquesta manera, el material estirat es pot solidificar en un lingot cilíndric monocristal·lí de fins a 2 metres de llarg i que pesa diversos quilograms científics.
També es poden aplicar camps magnètics per controlar i suprimir el flux turbulent, millorant la uniformitat de la cristal·lització.
Quins altres mètodes de fabricació hi ha?
Altres mètodes són:
El creixement de la zona flotant, que passa un pal de silici policristal·lí a través d'una bobina de calefacció de radiofreqüència. Aquesta bobina crea una zona fosca situada, a partir de la qual crea un lingot de llavors de cristall.
Les tècniques de Bridgman fins i tot el gresol a través d'un gradient de temperatura per refredar-lo des de l'extrem del recipient que conté la llavor. Els lingots solidificats es tallen en làmines fines per a un major processament.
