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Silicio - Componente de placas fotovoltaicas

Silicio - Componente de placas fotovoltaicas

El silicio es un elemento químico de número atómico 14 y símbolo Si. Este elemento químicopertenece al grupo IV A de la tabla periódica. J.J.Berzelius 1824 lo aisló por reducción con potasio del tetrafluoruro de silicio (SiF4).

El silicio es un componente muy untilizado en las placas fotovoltaicas por sus propiedades de semiconductor. Esto significa que sus propiedades físicas y químicas són muy favorables para propiciar el efecto fotovoltaico. El efecto fotovoltaico es el efecto que permite tranformar la energía de los fotones presentes en la luz solar en movimiento de electrones, y por lo tanto, energía eléctrica.

Origen del silicio

El silicio es, después del oxígeno, el elemento más abundante de la corteza terrestre, de la que constituye un 26% en peso. Es constituido por una mezcla de tres isótopos naturales, estables, con masas 28 (92,21%), 29 (4,70%) y 30 (3,09%), que determinan un peso atómico de 28,086. Son también conocidos cinco radioisótopos artificiales del elemento, con masas que van de 25 a 32.

El silicio es ampliamente difundido en la naturaleza, y se ha detectado su presencia en el Sol, en estrellas y en meteoritos. No ocurre nativo y sus tipos más importantes son las diversas variedades de sílice (SiO2) y los silicatos.

Obtención del silicio

La obtención del silicio se hace por varios métodos de acuerdo con la finalidad del elemento. El método comercial más importante consiste en la reducción de la sílice con carbono en un horno eléctrico. La preparación de silicio de pureza elevada (99,7%) es alcanzada por transformación de silicio impuro en el tetracloruro (SiCl4), volátil, purificación de éste por destilación y posterior reducción con zinc.

El silicio para uso en electrónica es alcanzado por purificación zonal, para eliminar boro, aluminio, fósforo, galio, arsénico, indio y antimonio, y posterior obtención de un monocristal por el método de Czochralski, el cual consiste en sumergir un monocristal de pequeñas dimensiones en un baño de silicio líquido calentado a la temperatura de fusión y retirarlo lentamente para provocar el crecimiento del monocristal.

Normalmente, se realiza simultáneamente el dopaje del monocristal.

Aspecto y propiedades químicas del silicio

¿Qué es el silicio?El silicio elemental cristalino es de color grisáceo con lustre metálico, muy duro, con puntos de fusión y ebullición muy elevados, y es un semiconductor intrínseco. La forma amorfa del elemento se presenta en polvos marrones, conductoras de la electricidad, que pueden ser fundidas y vaporizadas con facilidad.

En cuanto a las propiedades químicas, el silicio presenta diferencias muy notables con el carbono, primer elemento del grupo IV A, por tener una electronegatividad mucho más pequeña, que conlleva variaciones notables en la polaridad de determinados enlaces, una tendencia al encadenamiento muy atenuada (no hay cadenas de más de seis átomos de silicio), una coordinación máxima de seis, gracias a la existencia de orbitales d vacíos con energía apropiada, y ausencia de formación de enlaces múltiples consigo mismo o con ningún otro elemento.

La característica química más importante del silicio es su tendencia a combinarse con el oxígeno para formar estructuras poliméricas o discretas en el que cada átomo de silicio es rodeado por cuatro átomos de oxígeno. Dada la gran energía del enlace Si-O (89,3 kcal / mol), dichas estructuras gozan de una gran estabilidad.

El silicio es esencialmente no metálico y su reactividad depende sobre todo del grado de división. En forma compacta, se recubre en el aire de una capa superficial de óxido, mientras que finamente dividido se enciende en el aire con facilidad. Es atacado por el cloruro de hidrógeno en caliente, con formación del tetracloruro (SiCl4) y liberación de hidrógeno, y por el fluoruro de hidrógeno en frío, con formación de ácido hexafluorosilícico (H2SiF6), y no es atacado por los otros ácidos. Se disuelve en las bases fuertes, con formación de silicatos y liberación de hidrógeno (Si + 2KOH + H2O → K2SiO3 + 2H2), y se combina directamente con los halógenos y, en caliente, con otros no metales (silicur).

Dada la estructura electrónica del silicio (3s23p2), actúa, análogamente al carbono, de forma prácticamente exclusiva con valencia 4. Sus compuestos son esencialmente covalentes y muchos disfrutan de una importancia económica notable. Entre los más importantes cabe mencionar los hidruros (silano) y los derivados alquilados y halogenados de los mismos, los cuales, por hidrólisis, conducen a los silanoles, constituyentes estructurales de las siliconas; los halogenuros, como el tetrafluoruro (SiF4), que forma un aducto ácido y hexacoordinat con el fluoruro de hidrógeno (H2SiF6), y el tetracloruro (SiCl4), empleado en la preparación del elemento; el dióxido de silicio y sus derivados; los silicurs, análogos a los carburos; y los compuestos binarios con elementos electronegativos (carburo, nitruro), muy duros y de propiedades refractarias.

El silicio puede ser introducido en la estructura de toda una gama de compuestos orgánicos (sililació), a los que confiere propiedades muy interesantes. Desde el punto de vista biológico, el silicio tiene en algunos casos un papel importante, y es el material básico para la construcción de la pared celular de diversas algas (crisofíceas, diatomeas).

En 1990 se descubrieron macromoléculas de silicio similares a los fulerenos de carbono. Fue un descubrimiento inesperado ya que se creía que no se podrían fabricar fulerenos de silicio estables. El problema de la inestabilidad de las redes cerradas de silicio se solucionó colocando un átomo metálico central, concretamente tungsteno.

Una de las formas más estables conseguidas tiene un conjunto de doce átomos de silicio que forman una jaula alrededor de un átomo de tungsteno. Esta configuración tiene la ventaja de que aísla los efectos químicos del átomo central, por lo que puede ser muy útil en la captura de átomos o en catálisis.

La respiración continuada de polvo de naturaleza silícea ocasiona a los humanos una enfermedad pulmonar grave, la silicosis.

Aplicaciones del silicio

El silicio encuentra aplicación, en forma elemental, en electrónica para la fabricación de dispositivos semiconductores y células fotoeléctricas, y en metalurgia para la preparación de aceros especiales (ferrosilicio) y otras aleaciones y en la preparación de diversos compuestos. En forma compuesta (silicatos, sílice, siliconas), goza de un uso muy general. El silicio elemental cristalino es de color grisáceo con lustre metálico, muy duro, con puntos de fusión y ebullición muy elevados, y es un semiconductor intrínseco. La forma amorfa del elemento se presenta en polvos marrones, conductoras del & rsquo; electricidad, que pueden ser fundidas y vaporizadas con facilidad.

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Última revisión: 8 de noviembre de 2016

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