Painéis fotovoltaicos de energia solar

Silício monocristalino

Silício monocristalino

O silício monocristalino é o material base para os chips de silício utilizados em praticamente todos os equipamentos eletrônicos atuais. No campo da energia solar, o silício monocristalino é também usado para fabricar células fotovoltaicas devido à sua capacidade de absorver radiação.

 

O silício monocristalino consiste em silício no qual a rede cristalina de todo o sólido é contínua, não quebra em suas bordas e está livre de qualquer limite de grão. silício monocristalino pode ser preparado como um semicondutor intrínseco que consiste apenas de silício de alta pureza, ou pode ser dopado por adição de outros elementos tais como o boro ou fósforo para fazer tipo-p ou tipo-n silício.

Silício monocristalino em células solares

O silício monocristalino também é utilizado no campo da energia solar, especificamente para a fabricação de painéis fotovoltaicos de alto desempenho. Uma vez que existem demandas menos rigorosas nas imperfeições estruturais em comparação com as aplicações de microeletrônica, o silício de qualidade solar de baixa qualidade (Sog-Si) é frequentemente usado para células fotovoltaicas.

Apesar disso, a indústria de energia solar fotovoltaica de silício monocristalino melhorou muito o desenvolvimento de métodos de produção de silício monocristalino mais rápidos para a indústria eletrônica.

Eficiência do silício monocristalino

Com uma eficiência de laboratório de uma única célula registrada de 26,7%, o silício monocristalino tem a mais alta eficiência de conversão confirmada de todas as tecnologias fotovoltaicas comerciais. As eficiências do módulo solar para silício monocristalino, que são sempre menores que as de suas células correspondentes.

Alta eficiência é em grande parte à falta de locais de recombinação no cristal único e uma melhor absorção de fotões por causa da sua cor negra, em comparação com o de polissilício tom azul característica. Uma vez que eles são mais caros do que os seus homólogos policristalinas, células mono-Se são úteis para aplicações em que as principais considerações são restrições de peso ou a área disponível, como em naves espaciais ou satélites movidos a energia solar, em que a eficiência pode ser melhorada pela combinação outras tecnologias, como células solares multicamadas.

Fabricação de silício monocristalino

Além da baixa taxa de produção, também há preocupações sobre o material desperdiçado no processo de fabricação. A criação de painéis solares que economizam espaço requer o corte de bolachas circulares (um produto de lingotes cilíndricos formados através do processo de Czochralski) em células octogonais que podem ser empacotadas juntas. O material excedente não é usado para criar células fotovoltaicas e é descartado ou reciclado, retornando à produção de lingotes para fusão. Além disso, embora as células de silício monocristalino possam absorver a maioria dos fótons dentro de 20 μm da superfície incidente, as limitações no processo de corte de lingote significam que a espessura comercial da bolacha é geralmente em torno de 200 μm.

Produção de silício monocristalino

O silício monocristalino é geralmente criado por um dos vários métodos que envolvem a fusão de silício de grau semicondutor de alta pureza (apenas algumas partes por milhão de impurezas) e o uso de uma semente para iniciar a formação de um único cristal contínuo. Esse processo é normalmente realizado em uma atmosfera inerte, como o argônio, e em um cadinho inerte, como o quartzo, para evitar impurezas que afetariam a uniformidade do cristal.

O método de produção mais comum de silício monocristalino é o processo Czochralski, que submerge um cristal semente de haste com precisão no silício fundido. A barra é então lentamente puxada para cima e girada simultaneamente, permitindo que o material esticado se solidifique em um lingote cilíndrico monocristalino de até 2 metros de comprimento e pesando várias centenas de quilogramas. Campos magnéticos também podem ser aplicados para controlar e suprimir o fluxo turbulento, melhorando ainda mais a uniformidade da cristalização.

Outros métodos incluem o crescimento da região flutuante, passando por uma haste de silício policristalino através de uma radiofrequência bobina de aquecimento cria uma zona localizada fundido, a partir do qual cresce cristal semente de lingote, e técnicas Bridgman movendo o cadinho através de um gradiente de temperatura de arrefecimento a partir da extremidade do recipiente contendo a semente. Os lingotes solidificados são cortados em folhas finas para processamento posterior.

Comparado com lingote policristalino moldado, a produção de silício monocristalino é muito lento e caro. No entanto, a procura de silício monocristalino continua a aumentar devido às propriedades electrónicas superiores -a falta de fronteiras de grão permite um melhor fluxo da carga de transportador e impede que a recombinação de electrões, permitindo melhor desempenho de circuitos integrados e energia fotovoltaica.

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Última revisão: 3 de setembro de 2018