El silicio policristalino es un material compuesto por múltiples cristales de silicio desalineados. Actúa como intermediario entre el silicio amorfo, que carece de orden de largo alcance, y el silicio monocristalino, que tiene una estructura cristalina continua.
El silicio policristalino tiene un nivel de impurezas de 1 parte por mil millones o menos, lo que lo hace adecuado para aplicaciones de alta tecnología.
Propiedades de las células de silicio policristalino
Las células de silicio policristalino presentan características distintivas que influyen en su eficiencia, durabilidad y rendimiento general:
- Eficiencia : Normalmente oscila entre el 12% y el 21% , inferior a la de las células monocristalinas, pero suficiente para la mayoría de las aplicaciones.
- Proceso de fabricación : Se fabrica fundiendo trozos de silicio, enfriándolos para formar una estructura cristalina y cortándolos en obleas.
- Aspecto : Se reconocen por su tono azulado y su estructura granulada y multicristalina, que los diferencia del aspecto negro uniforme de las células monocristalinas.
- Rentabilidad : es menos costoso de producir que las células de silicio monocristalino debido a técnicas de fabricación más simples.
- Sensibilidad a la temperatura : Ligeramente más sensible a las variaciones de temperatura, lo que puede provocar pequeñas pérdidas de eficiencia bajo altas temperaturas.
- Durabilidad : Vida útil comparable a la de los paneles monocristalinos, a menudo superior a los 25 años , lo que los convierte en una opción confiable para aplicaciones de energía solar.
Aplicaciones del silicio policristalino
1. Energía fotovoltaica
El silicio policristalino desempeña un papel crucial en la producción de energía solar, particularmente en la fabricación de células fotovoltaicas (PV).
Hay dos tipos principales de paneles fotovoltaicos:
- Paneles monocristalinos : fabricados con silicio monocristalino, lo que ofrece una mayor eficiencia.
- Paneles policristalinos : fabricados con silicio policristalino, que es más rentable pero ligeramente menos eficiente.
La elección entre paneles monocristalinos y policristalinos depende de los requisitos de rendimiento y consideraciones presupuestarias.
2. Electrónica
El silicio policristalino presenta propiedades metálicas moderadas, lo que le permite reemplazar al aluminio en componentes semiconductores. Se utiliza ampliamente en circuitos integrados debido a su resistencia mecánica y estabilidad.
En los condensadores integrados, el silicio policristalino forma las placas conductoras, mientras que el óxido de silicio actúa como dieléctrico. En comparación con el silicio de alta pureza que se utiliza en la electrónica avanzada, el silicio policristalino se puede producir utilizando técnicas más sencillas y rentables.
Paneles fotovoltaicos policristalinos
Las células solares policristalinas tienen un rango de eficiencia de entre el 12% y el 21%. Suelen producirse reciclando componentes electrónicos desechados (conocidos como "restos de silicio") que se vuelven a fundir para crear una estructura cristalina uniforme.
El proceso de fabricación implica la fusión de residuos de silicio en un crisol, su enfriamiento para promover la cristalización vertical y la formación de un bloque de silicio (normalmente de 150 a 200 kg). A continuación, este bloque se corta en lingotes y, a su vez, en obleas delgadas similares a las que se utilizan en las células solares monocristalinas. Las obleas se limpian con una solución de soda y se dopan con fósforo para formar uniones PN, esenciales para la conversión de la energía solar.
¿Cómo se produce el silicio policristalino?
La mayor parte del silicio policristalino se fabrica en forma de barras cilíndricas grises con una superficie dendrítica rugosa. Estas barras se rompen en fragmentos y se envasan en bolsas de polietileno para su distribución.
El proceso de producción normalmente implica:
- Siembra : se introduce una semilla de silicio mono o policristalino para iniciar el crecimiento del cristal.
- Cristalización – A partir de la semilla se desarrollan cristalitos compactos, que se asemejan a agujas cortas.
- Crecimiento dendrítico : bajo altas tasas de sedimentación, pueden formarse estructuras dendríticas que afecten la calidad del material final.
La pureza de la semilla afecta significativamente la resistividad eléctrica y la calidad general de la varilla de silicio policristalino.
Silicio policristalino y eficiencia de conversión
El silicio policristalino generalmente tiene menor pureza y eficiencia que el silicio monocristalino. Sin embargo, su producción en reactores de lecho fluidizado ofrece ventajas, como una mayor deposición superficial y un mejor aprovechamiento de las materias primas.
A pesar de estos beneficios, el silicio granular producido de esta manera a menudo contiene material amorfo y partículas finas del revestimiento del reactor. Como resultado, se utiliza principalmente para fabricar vidrio de grado solar y paneles solares policristalinos, donde la pureza ultraalta es menos crítica.