Energia

Brasil obtém silício purificado para células solares

Com informações do Jornal da Unicamp - 23/06/2012

Na mão do pesquisador uma amostra de silício metalúrgico, ainda impuro. Sobre a mesa, um disco de silício grau solar e as células solares fabricadas com ele.
[Imagem: Antonio Scarpinetti/Unicamp]

Do quartzo ao silício puro

Um grupo de cientistas da Unicamp acaba de obter, pela primeira vez no Brasil, o silício purificado para a fabricação de células solares fotovoltaicas.

Apesar de possuir as maiores reservas mundiais do quartzo - a matéria-prima bruta para o silício - o país importa, a preços elevados, as lâminas do elemento químico purificado no exterior para a produção de painéis solares.

Isso agora pode começar a mudar, graças ao trabalho dos pesquisadores Paulo Roberto Mei, Francisco das Chagas Marques e Andresa Côrtes.

"O Brasil possui tecnologia para a fabricação de células solares, mas importa o silício purificado, encarecendo o custo dos painéis solares. Somos também um dos maiores produtores e exportadores de silício metalúrgico, produzido a partir do quartzo, mas que tem um índice de pureza muito baixo. As células solares precisam de silício de alta pureza para que funcionem de forma eficiente," explica o professor Francisco das Chagas Marques.

Silício de alta pureza

O silício purificado obtido pela equipe brasileira apresenta os requisitos necessários para a fabricação de células solares eficientes.

O índice de pureza ideal do silício grau solar, como é chamado, começa a partir de 99,9999%, segundo o cientista.

"Nós conseguimos purificar o silício até o nível de 99,9993%, que é suficiente para a produção de painéis fotovoltaicos se adicionarmos outras técnicas de redução de impurezas durante o processo de fabricação das células solares", revela.

"No momento, estamos fabricando células solares com silício nacional com eficiências entre 10% e 13%, que representam os maiores valores obtidos no Brasil e semelhantes aos melhores índices reportados na literatura em todo mundo," completa o pesquisador.

A pesquisa conta com a participação das empresas nacionais Rima e Tecnometal, que agora estão pleiteando recursos junto Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social (BNDES) para levar a tecnologia da escala de laboratório para a escala industrial.

Silício de grau solar

O silício purificado possui diversas aplicações.

Além das células solares, o elemento puro pode ser utilizado para a produção de ligas metálicas especiais, para a preparação de silicones, cerâmicas de alta tecnologia e na eletrônica.

Sem esquecer que o silício altamente purificado é a principal matéria-prima dos microprocessadores de computadores - daí o famoso "Vale do Silício", onde se reúnem as maiores empresas do ramo nos Estados Unidos.

Paulo Mei, Francisco Marques e Andresa Côrtes colocando a mão na "massa" de silício. O próximo passo é levar o processo para escala industrial.
[Imagem: Antonio Scarpinetti/Unicamp]

O método Siemens, desenvolvido na Alemanha na década de 1950, é amplamente utilizado na indústria para a produção do silício purificado. O processo dá ao silício um grau de pureza altíssimo, mas é complexo e caro.

Por isso, essa técnica é utilizada principalmente para a produção de componentes eletrônicos, que necessitam de quantidades menores de silício e possuem um valor agregado maior do que as células solares. Para o uso em painéis solares, esse tipo de silício com alto teor de pureza acaba sendo comercialmente inviável.

Rota metalúrgica

Uma alternativa a este método é a rota metalúrgica, processo utilizado pelos pesquisadores brasileiros para obter o silício de grau solar.

O processo consiste em um melhoramento do silício metalúrgico, que possui baixo teor de pureza. "O silício para as células fotovoltaicas requer certo grau de pureza que não precisa ser, necessariamente, tão alto quanto o obtido por meio do método Siemens", esclarece Francisco Marques.

Neste método alternativo, o silício metalúrgico é submetido a uma desgaseificação a vácuo, realizada em um forno de feixe de elétrons. Este processo reduz as impurezas com pressão de vapor maior que a pressão do silício. Impurezas com pressão de vapor menor não são eliminadas.

O silício purificado sai na forma de tarugos, que são cortados em lâminas para a fabricação das células solares.

"Na fabricação de células solares, uma nova etapa de purificação do silício é realizada por um processo de armadilhamento de impurezas em altas temperaturas, utilizando átomos de fósforo introduzidos por difusão," explica o pesquisador.