1.2.3. Fabricación

En esta sección se explicará el proceso de fabricación de las celdas de Silicio. Tanto en las celdas monocristalinas como en las policristalinas el proceso es similar, solo se diferencian en un paso, como se verá más adelante.

El proceso se puede dividir en cuatro fases:

• Primera fase: obtención del silicio
• Segunda fase: cristalización
• Tercera fase: obtención de obleas
• Cuarta fase: fabricación de la célula y los módulos

A continuación se detallan las diferentes fases del proceso:

a. Primera fase: obtención del Silicio

El Silicio se extrae de rocas ricas en cuarzo, ya que están formadas principalmente por sílice (óxido de silicio SiO2). Estas rocas son muy abundantes en la superficie terrestre. Por medio de una serie de procesos químicos se extrae el Silicio.

La pureza del Silicio resultante va a depender de la aplicación a la que vaya a ser destinado:

• Pureza aproximada del 99%: Silicio de grado metalúrgico
• Impurezas de 1 ppm (parte por millón): Silicio grado solar (para fabricación de celdas)
• Impurezas de 0,2 ppm: Silicio grado semiconductor (para fabricación de dispositivos electrónicos)

b. Segunda fase: cristalización

En esta etapa se funde el Silicio y se crea un bloque a partir del cual se cortan rebanadas que formaran las celdas.

En el caso de los módulos monocristalinos se crea un gran cristal por medio del llamado método de Czchoralsky. (Ver figura 6). En este el Silicio se funde en un contenedor dentro de un horno, y cuando el material se encuentra listo se coloca sobre la superficie un cristal semilla. Este cristal semilla es un fragmento de un cristal perfectamente formado, y va a servir de base para que los átomos del Silicio fundido se adhieran siguiendo la estructura del cristal. La mezcla de Silicio fundido se mantiene girando, y el cristal semilla se va sacando poco a poco del material fundido. El cristal va creciendo colgado de la semilla en un proceso que puede demorar varias horas, obteniéndose al final un monocristal de Silicio. (Ver figura 7).

 

 

Figura 6. Pasos del método de Czchoralsky

Para el caso de las celdas policristalinas, la fundición se realiza en recipientes cuadrados, donde después simplemente se deja enfriar el Silicio. En un policristal se tienen pequeños monocristales, de diferentes tamaños, formas y orientaciones. A esto se debe la apariencia veteada que se observa en los módulos policristalinos. (Ver figura 8).

 

Figura 7. Monocristal de Silicio

 

 Figura 8. Policristal de Silicio

Ya sea que se trate de celdas monocristalinas o de policiristalinas, el bloque de Silicio puede pesar cientos de kilogramos, y va a ser rebanado para obtener las obleas que se utilizarán para crear las celdas.

c. Tercera fase: obtención de láminas

El proceso de corte tiene gran importancia en la producción de las láminas a partir del lingote, y puede llegar a perderse hasta un 50% del material. Las obleas que se obtienen poseen un grosor de unos 200-400 micrométros. Para realizar el corte se utilizan sierras con núcleos de acero inoxidable, y con un borde hecho de una matriz de liquen y diamante.

Durante el proceso de corte se producen daños en la superficie de la oblea, por lo que es necesario realizar un proceso de pulido.

d. Cuarta fase: fabricación de la célula y de los módulos

Una vez que se dispone de las obleas, se debe formar la unión del material tipo P y tipo N. Esto se logra mediante la deposición de distintos materiales sobre las obleas: fósforo (para formar la cara N) y boro (para formar la cara P)

Sobre la cara que será iluminada por el sol, se coloca un enrejado metálico que permitirá la recolección de los electrones que se desprenderán. En la cara posterior se coloca una superficie metálica para distribuir los electrones de vuelta a la celda, una vez que en forma de corriente eléctrica hayan recorrido el circuito al que pertenece el panel fotovoltaico. Cada celda individual tiene un área aproximada de 75 cm², y con una diferencia de potencial de unos 0,4 V entre ambos terminales de esta.

Una vez que las celdas están listas, se conectan varias de ellas en serie para crear un módulo fotovoltaico. Este tiene que pasar por un proceso de comprobación que permita garantizar su funcionamiento.