Silício policristalino é um material composto de múltiplos cristais de silício desalinhados. Ele serve como um intermediário entre silício amorfo, que não tem ordem de longo alcance, e silício monocristalino, que tem uma estrutura cristalina contínua.
O silício policristalino tem um nível de impureza de 1 parte por bilhão ou menos, o que o torna adequado para aplicações de alta tecnologia.
Propriedades das células de silício policristalino
As células de silício policristalino apresentam características distintas que influenciam sua eficiência, durabilidade e desempenho geral:
- Eficiência : Normalmente varia entre 12% e 21% , menor que as células monocristalinas, mas suficiente para a maioria das aplicações.
- Processo de fabricação : feito pela fusão de restos de silício, resfriamento para formar uma estrutura cristalina e corte em wafers.
- Aparência : Reconhecíveis por sua tonalidade azulada e estrutura multicristalina granulada, o que as diferencia da aparência preta uniforme das células monocristalinas.
- Custo-benefício : Menos dispendioso de produzir do que células de silício monocristalino devido a técnicas de fabricação mais simples.
- Sensibilidade à temperatura : Um pouco mais sensível a variações de temperatura, o que pode levar a pequenas perdas de eficiência sob altas temperaturas.
- Durabilidade : Vida útil comparável à dos painéis monocristalinos, muitas vezes excedendo 25 anos , o que os torna uma escolha confiável para aplicações de energia solar.
Aplicações do Silício Policristalino
1. Energia Fotovoltaica
O silício policristalino desempenha um papel crucial na produção de energia solar, particularmente na fabricação de células fotovoltaicas (FV).
Existem dois tipos principais de painéis fotovoltaicos:
- Painéis monocristalinos – Feitos de silício monocristalino, oferecendo maior eficiência.
- Painéis policristalinos – Feitos de silício policristalino, que é mais econômico, mas um pouco menos eficiente.
A escolha entre painéis monocristalinos e policristalinos depende dos requisitos de desempenho e considerações orçamentárias.
2. Eletrônica
O silício policristalino exibe propriedades metálicas moderadas, permitindo que ele substitua o alumínio em componentes semicondutores. É amplamente usado em circuitos integrados devido à sua resistência mecânica e estabilidade.
Em capacitores integrados, o silício policristalino forma as placas condutoras, enquanto o óxido de silício serve como dielétrico. Comparado ao silício de alta pureza usado em eletrônica avançada, o silício policristalino pode ser produzido usando técnicas mais simples e econômicas.
Painéis Fotovoltaicos Policristalinos
Células solares policristalinas têm uma faixa de eficiência de 12% a 21%. Elas são frequentemente produzidas pela reciclagem de componentes eletrônicos descartados — conhecidos como "restos de silício" — que são refundidos para criar uma estrutura cristalina uniforme.
O processo de fabricação envolve a fusão de resíduos de silício em um cadinho, o resfriamento para promover a cristalização vertical e a formação de um bloco de silício (tipicamente de 150 a 200 kg). Este bloco é então fatiado em lingotes e posteriormente cortado em finas pastilhas semelhantes às usadas em células solares monocristalinas. As pastilhas são limpas com uma solução de soda e dopadas com fósforo para formar junções PN, essenciais para a conversão de energia solar.
Como o silício policristalino é produzido?
A maioria do silício policristalino é fabricada como hastes cilíndricas cinzas com uma superfície dendrítica áspera. Essas hastes são quebradas em fragmentos e embaladas em sacos de polietileno para distribuição.
O processo de produção normalmente envolve:
- Semeadura – Uma semente de silício mono ou policristalino é introduzida para iniciar o crescimento do cristal.
- Cristalização – Cristais compactos, semelhantes a agulhas curtas, se desenvolvem a partir da semente.
- Crescimento dendrítico – Sob altas taxas de sedimentação, estruturas dendríticas podem se formar, afetando a qualidade final do material.
A pureza da semente impacta significativamente a resistividade elétrica e a qualidade geral da haste de silício policristalino.
Silício policristalino e eficiência de conversão
O silício policristalino geralmente tem menor pureza e eficiência do que o silício monocristalino. No entanto, sua produção em reatores de leito fluidizado oferece vantagens, como maior deposição de superfície e melhor utilização de matérias-primas.
Apesar desses benefícios, o silício granular produzido dessa forma frequentemente contém material amorfo e partículas finas do revestimento do reator. Como resultado, ele é usado principalmente para a fabricação de vidro de grau solar e painéis solares policristalinos, onde a pureza ultra-alta é menos crítica.