Silício Grau Solar –

Por muito tempo, o silício utilizado pela indústria fotovoltaica era o

processo Siemens. Por este motivo, este material foi classificado como silício grau solar (Si-GSo) (PIZZINI, 1982).

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Desenho do forno de crescimento a) Czochralski (CZ) b) Fusão Zonal Flutuante (adaptada RIEMANN, 2009).

No Brasil entre os anos de 1977 a 1981 foi desenvolvido um projeto na Faculdade de Engenharia Mecânica (FEM) da Unicamp, coordenado pelo Prof. Mauricio Prates Campos Filho com o objetivo de produzir silício grau eletrônico utilizando o processo Siemens. Este projeto foi financiado pela Telebrás, e na época contou com a participação de muitos pesquisadores. Neste projeto foi obtida a primeira barra de silício

produzida no Brasil a partir de silício grau metalúrgico nacional (PROJETO TELEBRÁS

(Si-GSo)

Por muito tempo, o silício utilizado pela indústria fotovoltaica era o

este motivo, este material foi classificado como silício grau solar Fusão Zonal Flutuante

No Brasil entre os anos de 1977 a 1981 foi desenvolvido um projeto na Faculdade de Engenharia Mecânica (FEM) da Unicamp, coordenado pelo Prof. Mauricio Prates de Campos Filho com o objetivo de produzir silício grau eletrônico utilizando o processo Siemens. Este projeto foi financiado pela Telebrás, e na época contou com a participação de muitos pesquisadores. Neste projeto foi obtida a primeira barra de silício grau eletrônico (PROJETO TELEBRÁS –

Por muito tempo, o silício utilizado pela indústria fotovoltaica era o purificado pelo este motivo, este material foi classificado como silício grau solar

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Em 2004 houve um aumento na demanda por silício impulsionado pelo aquecimento do setor fotovoltaico. Para atender a esta demanda, produtores de Si-GE empregaram uma versão levemente modificada do processo Siemens, que ficou conhecida como processo Siemens modificado (modified Siemens process) (JUNGBLUTH et al., 2009). O silício grau metalúrgico é submetido a um fluxo de HCl gasoso formando triclorossilano (SiHCl3).

Em seguida, o triclorossilano passa por uma torre de destilação fracionada para remoção de impurezas e é injetado, juntamente com gás hidrogênio, em uma câmara de deposição por CVD. No processo modificado, a silana (SiCl4), que é um subproduto do triclorossilano, é

submetida a um fluxo de gás O2 e H2 formando sílica (SiO2) e HCl gasoso, que é reutilizado

no processo. A principal vantagem do processo Siemens modificado é a redução no consumo de energia, uma vez que o controle da pureza do Si-GSo não é tão rigoroso quanto no Si-GE. A Figura 2.5 apresenta um desenho esquemático de uma linha de purificação de silício pelo processo Siemens modificado.

O uso de novas rotas de purificação tornou o termo grau solar mais abrangente. A classificação do silício grau solar ainda não está definida no que se refere ao nível de pureza do material, diferente do que ocorre com o silício grau eletrônico. Alguns trabalhos, entretanto, mostraram que o silício não deve ser classificado como grau solar somente pela concentração de impurezas, mas sim pelo resultado de eficiência de conversão da célula fotovoltaica (WARABISAKO et al., 1980, PÉRICHAUD, 2002, HÄRKÖNEN et al., 2002).

As impurezas do silício podem ser divididas em três categorias: dopantes, que afetam a resistividade (boro, fósforo, arsênio, antimônio e alumínio); gases, como oxigênio, carbono e nitrogênio que são encontrados no quartzoe outros elementos metálicos como o ferro, titânio e cobre, que reduzem o tempo de vida dos portadores de carga e, consequentemente, a eficiência da célula (DAVIS JR. et al., 1980).

Figura 2.5 Desenho esquemático de uma linha de purificação pelo modificado (adaptada de JUNGBLUTH

2.1.2.1 Processo Muto

A empresa Muto Silicon Corporation reiniciou recentemente a produção de silício grau solar utilizando uma rota química diferente do processo Siemens

2009b). Trata-se de um processo químico de purificação de silício desenvolvido entre 1976 e 1980 pelo Instituto de Pesquisa de Stanford (Stanford Research Institute

na Califórnia, EUA. Na época, as pesquisas apresentaram ótimos resultados, porém

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Desenho esquemático de uma linha de purificação pelo JUNGBLUTH et al., 2009).

A empresa Muto Silicon Corporation reiniciou recentemente a produção de silício grau solar utilizando uma rota química diferente do processo Siemens (SOLLMANN

se de um processo químico de purificação de silício desenvolvido entre 1976 e 1980 pelo Instituto de Pesquisa de Stanford (Stanford Research Institute

na Califórnia, EUA. Na época, as pesquisas apresentaram ótimos resultados, porém Desenho esquemático de uma linha de purificação pelo processo Siemens

A empresa Muto Silicon Corporation reiniciou recentemente a produção de silício (SOLLMANN et al., se de um processo químico de purificação de silício desenvolvido entre 1976 e 1980 pelo Instituto de Pesquisa de Stanford (Stanford Research Institute - SRI), situado na Califórnia, EUA. Na época, as pesquisas apresentaram ótimos resultados, porém com o

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fim da crise do petróleo não havia interesse econômico no processo. Além disso, a concentração de impurezas do material não atendia às exigências para uso na indústria de microeletrônica. Com o crescimento da demanda de silício para a indústria fotovoltaica, o processo de produção Muto, como tem sido chamado, mostra-se uma alternativa de menor custo ao processo Siemens.

No processo de produção Muto, forma-se um composto gasoso hexafluorsilicato de sódio (Na2SiF6), que aquecido a 600 ºC transforma-se em tetrafluorssilano (SiF4). Este

material é levado para outro reator e reage com sódio puro fundido, resultando num pó que é fundido a 1500 ºC e se separa formando fluoreto de sódio (NaF) e silício puro. Depois de frio o silício depositado no fundo do reator é removido e o NaF é recolhido e reutilizado no processo.

Segundo dados apresentados (SOLLMANN et al., 2009b) o custo de produção do processo Muto fica entre 17 e 20 US$/kg, enquanto que o custo de produção do processo Siemens é de aproximadamente 35 US$/kg. A pureza do silício Muto é de 99,9999 % e células monocristalinas e policristalinas fabricadas com este material apresentaram eficiência de conversão de 16,5 e 15,5 %, respectivamente.