Paneles de energía
solar fotovoltaica

Silicio policristalino

Silicio policristalino

El silicio policristalino o de polisilicio es un material hecho de cristal de silicio desalineado (policristalino). Ocupa una posición intermedia entre el silicio amorfo, en el que no existe un orden de largo alcance , y el silicio monocristalino.

Este tipo de material es muy importante para la construcció de paneles fotovoltaicos y la energía solar en general. La combinación del silicio, junto con la radiación solar, permite aprovechar el efecto fotovoltaico y generar electricidad.

Este material tiene características metálicas discretas si está fuertemente dopado de tipo n. A menudo reemplaza al aluminio para la producción de piezas metálicas dentro de dispositivos electrónicos semiconductores debido a la resistencia mecánica mejorada al proceso de producción del circuito integrado. Por ejemplo, el electrodo de la puerta de los transistores MOSFET a menudo está hecho de polisilicio. También se utiliza para la realización de condensadores en un entorno integrado: con el polisilicio se fabrican placas de metal, mientras que con óxido de silicio se realiza el dieléctrico interpuesto entre las placas. Sin embargo, las capacidades que tienen estos capacitores son muy bajas, por ejemplo, con una tecnología de 0.35μ, capacidades de solo 0.7  f F / μ m².

Para aplicaciones electrónicas, el silicio policristalino se puede obtener con técnicas menos sofisticadas y menos caras que las requeridas para la deposición de silicio, tales como deposición de vapor químico (deposición química de vapor en inglés, CVD). El silicio policristalino también se puede obtener durante los procesos de fabricación de silicio, por ejemplo, con el proceso de Siemens. El silicio policristalino tiene un nivel de impureza de 1 parte por billón o menos.

Paneles fotovoltaicos policristalinos

El silicio policristalino también se utiliza en aplicaciones particulares, como los paneles fotovoltaicos. Las células de silicio policristalino tienen una eficiencia que varía de 12 a 21%. Se fabrican mediante el reciclaje de componentes electrónicos desechados, es decir, los llamados "restos de silicio", que se vuelven a fundir para obtener una composición cristalina compacta.

Estos residuos de silicio se funden dentro de un crisol para crear un compuesto homogéneo que luego se enfría de tal manera que genera una cristalización que se desarrolla verticalmente. Luego se obtiene un pan de aproximadamente 150-200 kg que luego se corta verticalmente en lingotes paralelepípedos. Con otro corte, esta vez horizontal, se obtienen cortes de un espesor similar a las obleas de cristal único. También en este caso, las obleas se limpian con una conexión de soda, y luego se dopan con fósforo para la realización de las uniones PN,

Apariencia y calidad del silicio policristalino

La mayor parte del silicio policristalino del mundo se produce en forma de varillas cilíndricas de color gris con una superficie dendrítica rugosa. Las varillas en sí no siempre se venden. Por lo general, las varillas se dividen en fragmentos ("trozos"), que se empaquetan en bolsas limpias de polietileno grueso (5-10 kg), medidas. Las varillas astilladas tienen una forma similar a una concha, similar a las torceduras de los materiales amorfos. El corte (sección pulida) de una barra de polisilicio se suele estudiar controlando la calidad del silicio producido y analizando el curso del proceso tecnológico.

En el centro de la barra hay una "semilla" de mono o polisilicio. Anteriormente, las semillas se obtenían tirando de la atmósfera de polisilicio de calidad electrónica (las llamadas barras de oxígeno). Con el desarrollo de las tecnologías de corte de alambre y cinta, se obtuvieron cristales de acero mediante el corte longitudinal de lingotes de barras de mono y polisilicio en varillas cuadradas (5 × 5, 7 × 7, 10 × 10 mm, etc.).

La pureza y, en consecuencia, la resistividad eléctrica de la semilla tienen una influencia decisiva sobre la pureza de la barra policristalina final. Esto se debe al hecho de que el proceso de reducción de hidrógeno de los silanos se lleva a cabo a temperaturas de 900-1100 ° C durante un largo período de tiempo, lo que conduce a la difusión activa de impurezas del cristal de siembra al material depositado en la semilla. Por otro lado, la disminución en el contenido de impurezas y, en consecuencia,

Desde la semilla perpendicular a la generatriz, brotan cristalitos compactos en forma de agujas cortas, con una sección transversal de menos de 1 mm. Con una alta tasa de sedimentación, los granos de polisilicio a menudo comienzan a crecer dendríticamente (como las "palomitas de maíz"), durante un proceso de emergencia, las dendritas pueden incluso formar costras de descamación. La calidad y pureza de este polisilicio suele ser menor.

Una pequeña parte del silicio policristalino se produce a partir de monosilano en una capa fluidificada (en ebullición) en forma de gránulos de color gris oscuro con un diámetro de 0,1 a 8 mm ( MEMS). La producción en un lecho fluidizado es más ventajosa debido a los órdenes de magnitud de mayor deposición superficial y, en consecuencia, un consumo más completo de la mezcla de reacción; Debido a la posibilidad de eliminación continua de la zona de reacción de partículas que han alcanzado un cierto límite de tamaño.

Por otro lado, dicho silicio contiene cierta cantidad de material amorfo y partículas finas del revestimiento del reactor (incluidas las recubiertas con silicio precipitado). Debido a la superficie desarrollada, el silicio granular se ensucia fácilmente y absorbe una gran cantidad de agua y gases de aire. En general, el silicio granular tiene un grado de pureza notablemente más bajo que el silicio obtenido por deposición en barras fijas, y se usa más a menudo para la producción menos exigente de cristales de calidad solar.

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Última revisión: 26 de octubre de 2018