Panells d'energia
solar fotovoltaica

Silici monocristal·lí

Silici monocristal·lí

El silici monocristal·lí és el material base per als xips de silici utilitzats en pràcticament tots els equips electrònics actuals. El l'àmbit de l'energia solar, el silici monocristal·lí també s'utilitza per fabricar cèl·lules fotovoltaiques per la seva capacitat per absorbir la radiació.

El silici monocristal·lí consisteix en silici en què la xarxa cristal·lina de tot el sòlid és contínua, no es trenca en les seves vores i està lliure de qualsevol límit de gra. El silici monocristal·lí es pot preparar com un semiconductor intrínsec que es compon només de silici molt pur, o pot ser dopat mitjançant l'addició d'altres elements com ara bor o fòsfor per fer de tipus p o de tipus n de silici.

El silici monocristal·lí en cèl·lules solars

El silici monocristal·lí també s'utilitza en el camp de l'energia solar, concretament per a la fabricació de panells fotovoltaics d'alt rendiment. Atès que existeixen demandes menys estrictes sobre les imperfeccions estructurals en comparació amb les aplicacions de microelectrònica, el silici de qualitat solar de menor qualitat (Sog-Si) s'utilitza sovint per a les cèl·lules fotovoltaiques.

Tot i això, la indústria de l'energia solar fotovoltaica de silici monocristal·lí ha millorat considerablement el desenvolupament de mètodes més ràpids de producció de silici monocristal·lí per a la indústria electrònica.

Eficiència del silici monocristal·lí

Amb una eficiència de laboratori de cel·la única registrada del 26.7%, el silici monocristal·lí té l'eficiència de conversió confirmada més alta de totes les tecnologies fotovoltaiques comercials. Les eficiències del mòdul solar per al silici monocristal·lí, que són sempre més baixes que les de les seves cel·les corresponents.

L'alta eficiència és en gran mesura atribuïble a la falta de llocs de recombinació al vidre únic i una millor absorció de fotons causa del seu color negre, en comparació amb el to blau característic del poli-silici. Atès que són més cars que els seus contraparts policristal·lines, les cèl·lules mico-Si són útils per a aplicacions on les principals consideracions són limitacions de pes o àrea disponible, com a naus espacials o satèl·lits alimentats per energia solar, on l'eficiència pot millorar-se encara més combinant altres tecnologies, com les cèl·lules solars multicapa.

Fabricació del silici monocristal·lí

A més de la baixa taxa de producció, també hi ha preocupacions sobre el material desaprofitat en el procés de fabricació. La creació de panells solars que estalvien espai requereix tallar les hòsties circulars (un producte dels lingots cilíndrics formats durant el procés Czochralski) en cel·les octogonals que es pugui empaquetar juntes. El material sobrant no s'usa per crear cèl·lules fotovoltaiques i es descarta o recicla tornant a la producció de lingots per a la seva fusió. A més, tot i que les cèl·lules de silici monocristal·lí poden absorbir la majoria dels fotons d'aquí a 20 micres de la superfície incident, les limitacions en el procés de serrat del lingot signifiquen que el gruix comercial de l'oblia és generalment d'al voltant de 200 micres.

Producció del silici monocristal·lí

El silici monocristal·lí generalment es crea mitjançant un de diversos mètodes que impliquen la fusió de silici de grau semiconductor d'alta puresa (només unes poques parts per milió d'impureses) i l'ús d'una llavor per iniciar la formació d'un cristall únic continu. Aquest procés normalment es realitza en una atmosfera inert, com l'argó, i en un gresol inert, com el quars, per evitar les impureses que afectarien la uniformitat del vidre.

El mètode de producció més comú del silici monocristal·lí és el procés Czochralski, que submergeix un vidre de sembra muntat en varetes amb precisió en el silici fos. A continuació, la barra es tira lentament cap amunt i es gira simultàniament, permetent que el material estirat es solidifiqui en un lingot cilíndric monocristal·lí de fins a 2 metres de longitud i un pes de diversos centenars de quilograms. Els camps magnètics també es poden aplicar per controlar i suprimir el flux turbulent, millorant encara més la uniformitat de la cristal·lització.

Altres mètodes són el creixement de la zona flotant, que passa una vareta de silici policristal·lí a través d'una bobina d'escalfament de radiofreqüència que crea un zona fosa localitzada, des de la qual creix un lingot de vidre de llavor, i tècniques de Bridgman, que mouen el gresol a través d'un gradient de temperatura per refredar des de l'extrem del contenidor que conté la llavor. Els lingots solidificats es tallen en làmines fines per al seu posterior processament.

En comparació amb el modelat de lingots policristal·lins, la producció de silici monocristal·lí és molt lenta i costosa. No obstant això, la demanda de silici monocristal·lí continua augmentant a causa de les propietats electròniques superiors -la manca de límits de gra permet un millor flux de la càrrega transportadora i evita la recombinació d'electrons, el que permet un millor rendiment dels circuits integrats i la energia fotovoltaica.

valoración: 3 - votos 1

Última revisió: 3 de setembre de 2018