CENTRO UNIVERSITÁRIO FUNDAÇÃO SANTO ANDRÉ
FACULDADE DE ENGENHARIA CELSO DANIEL
ENGENHARIA ELETRÔNICA –
ÊNFASE EM ELETRÔNICA INDUSTRIAL
DAVID BERTO FARIAS
ESTUDO DO PROCESSO DE PURIFICAÇÃO DO SILÍCIO
GRAU METALÚRGICO NA FABRICAÇÃO DE CÉLULAS
FOTOVOLTAICAS
SANTO ANDRÉ
2013
0
DAVID BERTO FARIAS
ESTUDO DO PROCESSO DE PURIFICAÇÃO DO SILÍCIO
GRAU METALÚRGICO NA FABRICAÇÃO DE CÉLULAS
FOTOVOLTAICAS
Relatório apresentado ao Programa
de Iniciação Científica do Centro
Universitário Fundação Santo
André - PIIC 2013.
Orientador:
Prof. Mário Gonçalves Garcia Jr.
SANTO ANDRÉ
2013
1
SUMÁRIO
1 – Introdução ............................................................................................................................3
2 – Objetivo ................................................................................................................................3
3 – Radiação Solar ....................................................................................................................3
3.1 – Definição .......................................................................................................................3
3.2 - Radiação solar mundial ...............................................................................................6
3.3 - Radiação solar no Brasil ..............................................................................................7
3.4 – Massa de ar ..................................................................................................................7
4 – Efeito Fotoelétrico e Efeito Fotovoltaico ..........................................................................8
4.1 – História ..........................................................................................................................8
5 – Silício ....................................................................................................................................8
5.1 – Quartzo .........................................................................................................................8
5.2 – Graus de Pureza ..........................................................................................................9
5.2.1 – Silício Grau Metalúrgico (ou Grau Metálico) .....................................................9
5.3 – Silício Grau Solar como Célula Fotovoltaica (Célula Solar).................................10
6 – Processo De Purificação Do Silício Grau Metalúrgico para Silício Grau Solar ........12
7 – Ensaios Elétricos em Amostras ......................................................................................16
8 – Resultados .........................................................................................................................17
9 – Conclusões ..........................................................................................................................2
10 – Biografia .............................................................................................................................3
2
1 – Introdução
Nos tempos atuais, com o a poluição e o chamado efeito estufa, a busca por
fontes renováveis e com o mínimo de agressão ao meio ambiente têm sido
foco de diversas pesquisas. O Sol é fonte inesgotável de energia “limpa”, ou
seja, desprovida de emissão de poluentes, devido à radiação emitida que
contém diversas faixas de frequência, podendo ser convertida em energia.
Parte dessa radiação solar, que atinge a Terra, pode ser utilizada de diversas
maneiras, inclusive transformação em energias alternativas como térmica,
luminosa, elétrica, etc. Com a tecnologia que temos ultimamente, converter
energia solar em energia elétrica é uma atividade relativamente cara e de
pouca eficiência em comparação as outras formas de conversão de energia
atualmente utilizadas. Os dispositivos utilizados para converter energia solar
em energia elétrica são as chamadas Células Fotovoltaicas (células solares), e
o principal elemento utilizado é o Silício, segundo elemento mais abundante da
natureza (atrás somente do Oxigênio), que é encontrado em diversos materiais
e compostos, dentre eles o quartzo, que no Brasil é extremamente abundante.
Porém, para utilização como células fotovoltaicas, é necessário um grau de
pureza extremamente elevado fazendo com que o processo de fabricação
tenha custo elevado.
Neste trabalho, será mostrada uma das técnicas existentes para obtenção do
elemento Silício Grau Solar a partir da purificação do Silício Grau Metalúrgico
para fabricação de células fotovoltaicas.
2 – Objetivo
Estudo do processo de purificação do elemento Silício Grau Metalúrgico para
obtenção de Silício Grau Solar utilizando o método de solidificação controlada a
fim de fabricar células fotovoltaicas.
3 – Radiação Solar
3.1 – Definição
A radiação solar é caracterizada pela relação de ondas eletromagnéticas de
4
diversos comprimentos, de infravermelhas (da ordem de 10 m ) a ultravioletas
8
(da ordem de 10 m ). As ondas que podem ser visualizadas (cores visíveis)
compõem uma estreita faixa de frequência, que é onde o Sol despeja maior
parte de sua energia.
A radiação possui duas componentes, campo magnético e campo elétrico, que
são perpendiculares entre si, e é caracterizada pela letra grega ʎ, que pode ser
convertida em unidade de frequência pela equação a seguir:
v
c

3
Onde c é a velocidade da luz no vácuo ( 3 10 m / s ).
8
O fator da radiação magnética pode também ser caracterizado pela energia do
Fóton, que a menor quantidade de energia que pode ser aproveitada, pode ser
adicionada ou retirada pelo campo eletromagnético.
E  hv
Onde h é a constante de Planck, que vale 6,63 10
34
J  s ou
4.14 1035 eV  s .
Figura 1 - Espectro Solar e Energia do Fóton
A Terra recebe anualmente 1,5 x 1018 kWh de energia solar, o que
corresponde a 10.000 vezes o consumo mundial de energia neste período.
Este fato mostra que a radiação solar é inesgotável fonte energética, havendo
um enorme potencial de utilização por meio de sistemas de captação e
conversão em outra forma de energia (térmica elétrica etc.).
Uma das possíveis formas de conversão da energia solar é conseguida através
do efeito fotovoltaico que ocorre em dispositivos conhecidos como células
fotovoltaicas. Estas células são componentes optoeletrônicos que convertem
diretamente a radiação solar em eletricidade. São basicamente constituídas de
materiais semicondutores, sendo o silício o material mais empregado.
Na trajetória anual em trono do Sol, o nosso planeta descreve uma trajetória
elíptica no plano inclinado de 23,5° em relação ao plano equatorial. Esse
ângulo que proporciona as diferentes estações climáticas e faz com que não
seja constante a radiação solar numa área especifica a mesma hora do dia em
cada dia.
4
Figura 2 - Movimento Orbital da Terra em Torno do Sol
A radiação solar é composta de ondas de varias frequências, de infravermelhas
a ultravioletas. Mas apenas 22% dessa radiação são realmente convertidas em
eletricidade pela célula.
Antes de atingir a atmosfera terrestre, a radiação solar é composta de
aproximadamente 53% de luz invisível (uma pequena parte de luz
infravermelha e a maior parte de luz ultravioleta) e 47% de luz visível, que a
mesma luz que as plantas utilizam para realizar a fotossíntese. Apenas uma
faixa inferior a 1µm é capaz de excitar elétrons numa célula.
5
Figura 3 - Espectro da radiação solar
3.2 - Radiação Solar Mundial
O mapa da imagem abaixo é muito importante por duas razões. Primeiro,
porque ela nos mostra onde no mundo pode fazer melhor uso da energia solar.
E segundo, podemos ver que a energia solar tem um potencial muito maior do
que imaginamos.
Figura 4 - Radiação Solar Mundial
6
3.3 - Radiação Solar no Brasil
A figura a seguir mostra que o Brasil que condições extremamente favoráveis
de obter campos para captação da radiação solar, conforme figura 5,
principalmente no Nordeste do país, devido à sua posição geográfica.
Figura 5 - Radiação Solar no Brasil
3.4 – Massa de Ar
Ao adentrar na atmosfera terrestre, a radiação sofre diversas alterações
dependendo da espessura da camada de ar e dos gases que estão presentes.
Para estimar a quantidade de energia solar que a atmosfera absorve e o
quanto pode ser utilizada na conversão em eletricidade, foi elaborada uma
técnica para calcular a chamada massa de ar (air mass), a qual dificulta a
passagem da radiação até o solo.
Neste cálculo, utiliza-se a Linha do Zênite, que é uma linha imaginária
perpendicular ao solo que une um ponto fixo no solo com o Sol. Com a
trajetória da Terra em torno do Sol, o ponto que se encontra na Terra se move,
traçando outra linha imaginária. O ângulo zenital é o ângulo entre a linha de
zênite e a nova linha imaginária estabelecida de acordo com a nova posição do
Sol em relação à Terra.
7
A massa de ar está diretamente relacionada com o ângulo zenital.
Internacionalmente, a massa de ar é definida pela sigla AM (air mass)
calculada como:
AM 
1
cos  Z
Quanto maior o ângulo zenital, maior será a camada de ar que os raios solares
têm de atravessar.
Os países entre o trópico de câncer e capricórnio são os que possuem
menores massas de ar devido aos ângulos azimutais menores. Razão de
serem países com maior iluminação e mais quentes.
4 – Efeito Fotoelétrico e Efeito Fotovoltaico
O efeito fotovoltaico é o surgimento de uma tensão elétrica em um material
semicondutor, quando é exposto à luz visível.
4.1 – História
O efeito fotovoltaico foi observado pela primeira vez pelo físico francês
Alexandre Edmond Becquerel em 1839 (utilizando o primeiro componente
eletrônico da história), e confundido com o efeito fotoelétrico. O efeito
fotoelétrico foi confirmado por Heinrich Hertz em 1887 (recebendo também o
nome
de efeito
Hertz,
que
não
é
muito
utilizado),
e
posteriormente explicado por Albert Einstein, em 1905.
O efeito fotoelétrico é a emissão de elétrons por um material, geralmente
metálico, quando exposto à radiação eletromagnética de frequência alta o
suficiente para que os seus fótons energizem os elétrons do material. Essa
frequência depende do material.
O efeito fotovoltaico e o efeito fotoelétrico estão relacionados, mas são
processos diferentes.
5 – Silício
5.1 – Quartzo
O Silício é um elemento proveniente do mineral Quartzo. Os cristais de quartzo
estão quase que exclusivamente localizadas no Brasil e, em quantidades
menores, em Madagascar, Namíbia, China, África do Sul, Canadá e
Venezuela.
O Brasil é o único produtor de blocos de quartzo natural com propriedades
piezoelétricas (cristal que, quando submetido a uma pressão, gera um campo
elétrico, em um eixo transversal àquele onde foi aplicada a pressão, que pode
ser coletado como tensão elétrica), especialmente nos estados de Goiás,
Minas Gerais e Bahia. Este usado principalmente na produção de ligas de
8
Silício para a indústria metalúrgica e para uma pequena produção de silício
metálico.
5.2 – Graus de Pureza
Quando se fala em Silício, utilizam-se três graus de pureza: Silício Grau
Metalúrgico (SGM), Silício Grau Solar (SGS) e Silício Grau Eletrônico (SGE).
O Silício Grau Metalúrgico, possui grau de pureza de 98 a 99,9%, sua principal
aplicação é na utilização de fabricantes de transformadores; o Silício Grau
Solar, possui grau de pureza de 99,9999%, que é o utilizado exclusivamente na
fabricação de células fotovoltaicas; o Silício Grau Eletrônico, possui grau de
pureza 99,999999999%, tendo como aplicação a fabricação de componentes
eletrônicos semicondutores. A maior parte do Silício utilizado na fabricação de
Silício Grau Solar tem origem do resíduo proveniente da obtenção de Silício
Grau Eletrônico. (O SGE será abordado com maiores detalhes no relatório
final).
5.2.1 – Silício Grau Metalúrgico (ou Grau Metálico)
Grau de pureza: de 98% a 99,9%.
Equação: SiO2(quartzo) + 2C (carvão) → Si + 2CO (g)
Preço do Silício Grau metálico: U$$2 por kilo.
Principais produtores de silício e suas ligas (mil toneladas)
País
China
EUA
Noruega
Rússia
Brasil
Outros
Silício Grau
Metalúrgico
1994
715 (23%)
390
350
340
250 (8%)
1125
Silício grau eletrônico
2011
5400(68%)
350
320
670
230 (3%)
1030
2009
10
28
17
3
0
Japão (19), Alemanha
(12), Canada (8), Coreia
do Sul (5)
Empresas produtoras de SGM no Brasil
Empresa
Globe Metals - USA (Camargo Corrêa
Metais até 2007). Produz 46.000
t/ano.
Pará (ao lado de Tucuruí)
Dow Corning - USA (CBCC até 2000),
56.000 t/ano. MG
LIASA (46.000 t/ano). MG
RIMA. MG
MINASLIGAS (22.000 t/ano). MG
Pureza
98,5
98,5
98,5 - 99,9
98,5 - 99,9
9
5.3 – Silício Grau Solar como Célula Fotovoltaica (Célula Solar)
O material semicondutor não conduz corrente elétrica por si só, ele é composto
por átomos de quatro elétrons na camada de valência, gerando uma rede
cristalina. Ao adicionar átomos com cinco elétrons na camada de valência,
como o Fósforo, haverá elétrons em excesso que estarão fracamente ligados à
estrutura do material. Caso sejam adicionados átomos com três elétrons na
camada de valência, como o Boro, haverá falta de elétrons (lacunas) que
proporcionam espaço para que outros elétrons possam ocupar e estes mesmos
espaços se desloquem pela rede cristalina. Este processo de adicionar outros
materiais de diferentes características atômicas é chamado de dopagem. Neste
caso o Fósforo é um dopante tipo n, pois forma no semicondutor uma banda
com excesso de elétrons, chamada de banda de valência. Já o Boro é um
dopante tipo p, formando uma banda carente de elétrons chamada banda de
condução. É necessária pouca energia para que os elétrons sejam transferidos
para as lacunas, sendo a energia do ambiente suficiente para que haja a
migração de quase todos os elétrons.
O elemento semicondutor mais utilizado é o Silício, devido a sua fartura na
natureza. Mas para que o Silício seja utilizado na aplicação de células
fotovoltaicas, é necessário que seja purificado até atingir um grau de pureza de
99,9999%, para que tenha o mínimo de perdas e melhor eficiência. Partindo
desse princípio, o Silício é dopando com Fósforo de um lado e Boro do outro,
os elétrons livres irão se deslocar para a banda de condução causando um
acumulo de cargas tornando-a negativamente carregada. De modo
semelhante, as lacunas se deslocam para a banda de valência, tornando-a
positivamente carregada. Esse acúmulo de cargas forma um campo elétrico
dificultando a circulação de corrente, a qual chamamos de junção PN.
Materiais semicondutores possuem uma gap de energia (quantidade de
energia necessária para transferência de um elétron para uma lacuna) da
ordem de 1eV. Quando a junção PN é exposta a fótons com energia superior
ao gap, há excitação dos elétrons da banda de valência para a banda de
condução, ou seja, forma pares elétron-lacuna que, onde o campo elétrico é
diferente de zero, gera corrente elétrica pela junção PN.
Se uma junção PN, como a da Figura 3, for exposta a fótons com energia maior
que o gap, ocorrerá a geração de pares elétron-lacuna; se isto acontecer na
região onde o campo elétrico é diferente de zero, as cargas serão aceleradas,
gerando assim, uma corrente através da junção; este deslocamento de cargas
dá origem a uma diferença de potencial ao qual chamamos de Efeito
Fotovoltaico. Se as duas extremidades do “pedaço” de silício forem conectadas
por um fio, haverá uma circulação de elétrons. Esta é a base do funcionamento
das células fotovoltaicas.
10
Figura 6 – (a) Junção PN ilustrando região onde acontece o acúmulo de cargas; (b) Campo
elétrico resultante da transferência de cargas através da Junção PN
Além disso, é importante citar que há fatores limitantes neste processo de
conversão de energia da luz em energia elétrica. O primeiro limitador, ao se
tentar transformar a luz do Sol em eletricidade, é o espectro de sua radiação.
Como foi visto, ele se espalha numa ampla faixa e apenas a parcela com
comprimento de onda inferior a aproximadamente 1µm é capaz de excitar os
elétrons em células de silício (Figura 2.2.2).
Outro fator é o de que cada fóton só consegue excitar um elétron. Portanto,
para fótons com energia superior à energia do gap, haverá um excesso de
energia que será convertida em calor. Por fim, mesmo para os elétrons
excitados, existe uma probabilidade de que estes não sejam coletados, e não
contribuam para a corrente. A tecnologia de fabricação de células fotovoltaicas
tenta reduzir ao máximo este último efeito. Para células de silício, o limite
teórico de conversão de radiação solar em eletricidade é de 27%.
Figura 7 - Total de Energia Utilizada pela Célula Fotovoltaica
11
6 – Processo De Purificação Do Silício Grau Metalúrgico para
Silício Grau Solar
O processo inovador proposto que está sendo estudado é baseado em três
etapas consecutivas:
1. Lixiviação ácida, onde, utilizando-se de combinações de ácidos clorídrico,
nítrico, fluorídrico e outros compostos, em condições controladas, consegue-se
reduzir ou eliminar vários dos contaminantes inicialmente presentes no SGM,
em particular os elementos de transição, como Fe, Al, Ti, Cr, Zr, Mo e outros.
A REORG, empresa junta a qual o estudo tem se desenvolvido juntamente com
a FINEP no projeto Inova Energia, conseguiu, nos testes realizados em escala
semi-piloto, a partir de SGM, com 98.5 % de pureza, somente utilizando esta
primeira etapa de lixiviação, chegar a um silício purificado, com 99.95 % de
pureza. As análises do SGM utilizado como matéria prima e o silício obtido
após os ensaios de lixiviação ácida podem ser vistas abaixo, Figuras 1 e 2
respectivamente; essas análises foram realizadas por Laboratório credenciado
da Universidade de São Paulo.
Figura 8 - Análise por FRX de Silício Grau Metalúrgico
12
Figura 9 - Análise por FRX de Silício Obtido após Processo de Lixiviação Ácida
Figura 10 - Equipamentos utilizados para os ensaios de lixiviação de SGM
2. Solidificação Direcional Controlada, onde se estabelece um gradiente de
temperatura entre duas regiões de um metal, promovendo-se a difusão de
impurezas para a região de maior temperatura. Neste caso, a região com maior
temperatura seria a região superior do forno, deixando o silício na região
inferior, onde o mesmo é escoado com velocidade de aproximadamente
5mm/hora. O forno de solidificação controlada foi projetado e construído pela
REORG, para a etapa semi-piloto anterior, é o único no Brasil inteiramente
nacional e pode ser visto na Figura 4 abaixo.
13
Figura 11 - Forno de Solidificação Controlada construído pela REORG para Purificação de
Silício – Vista de frente
Os testes realizados com esse forno mostraram ser possível a purificação do
silício utilizando o silício após lavagem ácida (ver acima); desta forma, a partir
de silício 99.95 %, conseguiu-se nesta etapa obter-se silício purificado com
pureza acima de 99.999 %, conforme pode ser verificado pela análise química
efetuada por Laboratório credenciado da Universidade de São Paulo mostrada
na Figura 5 abaixo (note que na análise por FRX não foi detectado nenhum
contaminante no silício; como o FRX tem limitações de detecção da ordem de
50 ppm, estima-se em pelo menos uma pureza acima de 99.999% para o silício
obtido). Na Figura 6 está mostrado um bloco de silício obtido após o forno de
solidificação controlada; blocos de silício como esse darão origem aos wafers,
uma vez cortado em finas camadas.
14
Figura 12 - Análise por FRX de Silício obtido após processo de solidificação controlada
Figura 13 - Bloco de silício obtido em testes com o forno de solidificação controlada
construído pela REORG; bloco com dimensões aproximadas de 15 cm x 15 cm x 15 cm,
pesando cerca de 8 kg.
3. Reator a plasma, onde se utiliza um jato de plasma, gerado em uma tocha de
plasma de arco transferido, a altíssimas temperaturas, para volatilizar
elementos que ainda possam estar presentes no Silício, em particular Boro e
Fósforo, importantes contaminantes que, caso presentes em certa quantidade,
diminuem a eficiência das células solares. O reator a plasma, inteiramente
projetado e construído pela REORG, é o único no Brasil e pode ser visto na
Figura abaixo.
15
Figura 14 - Reator a Plasma para Purificação de Silício construído pela REORG (vista de
frente)
Os testes realizados em escala semi-piloto com esse reator mostraram ser
possível a eliminação quase que completa de Fósforo e Boro, os principais
contaminantes que poderiam afetar a performance do Silício Grau Solar.
7 – Ensaios Elétricos em Amostras
Obram extraídas três amostras de dois diferentes estágios do processo
descrito, uma foi extraída após ter passado pelo forno de solidificação
controlada, outra amostra após reator de plasma e outra da matéria prima que
foi processada.
Foram realizados diversos testes elétricos a fim de obter informações sobre
sua composição e comportamento diante uma tensão fixa e com diversos
níveis de tensão.
Amostra n°1 – Resultado obtido pelo processo de solidificação direcional
controlada.
Figura 15 – Amostra n°1
Características:
Dimensões (mm): A=13,45; B=22,15 C=25,55
Volume (mL): 16
16
Massa (g): 16,9989
Densidade (g/L): 1062,433
Amostra n°2 – Resultado obtido após processo de plasma no reator construído
pela REORG
Figura 16 – Amostra n°2
Características:
Dimensões (mm): A=22,45; B=23,45; C=26,05
Volume (mL): 21
Massa (g): 29,3159
Densidade (g/L): 1395,995
Foi conectada uma ponta fina em cada face do mesmo eixo de cada amostra e
adicionada tensão CC nas faces de maior e menor distância entre si.
As amostras foram submetidas a diferentes níveis de tensão, com intervalo a
fim de medir sua corrente, obter a resistividade (por cálculos) e como essas
características se comportam mediante presença de diferentes níveis de
tensão.
8 – Resultados
Resultados Amostra n°1
Tabela 1- Obtidos no Eixo com Menor
Distância Entre Pontos – Eixo A
Tensão
(V)
2,50
5,00
7,50
10,00
12,50
15,00
17,50
Corrente
(mA)
4,50
9,50
15,10
21,20
28,30
35,90
44,80
Resistência
(Ω)
0,56
0,53
0,50
0,47
0,44
0,42
0,39
Tabela 2- Obtidos no Eixo com Maior
Distância Entre Pontos – Eixo C
Tensão
(V)
2,50
5,00
7,50
10,00
12,50
15,00
17,50
Corrente
(mA)
6,40
13,30
20,90
29,80
38,80
49,10
60,90
Resistência
(Ω)
0,39
0,38
0,36
0,34
0,32
0,31
0,29
17
20,00
22,50
25,00
27,50
30,00
54,70
66,40
79,80
95,00
113,10
0,37
0,34
0,31
0,29
0,27
20,00
22,50
25,00
27,50
30,00
74,10
89,40
94,80
115,00
138,30
0,27
0,25
0,26
0,24
0,22
Comparação dos Eixos - Amostra n°1
160
140
Corrente (mA)
120
100
80
Menor
60
Maior
40
20
0
2,5
5
7,5
10
12,5
15
17,5
20
22,5
25
27,5
30
Tensâo (V)
Figura 17 – Amplitude da Corrente em Relação à Tensão na Amostra n°1
Neste gráfico é possível observar que a corrente se eleva de curva de acordo
com o aumento da tensão e com diferença de 20mA do eixo de maior
comprimento com o de menor.
Resistência - Amostra n°1
0,6
Resistência (Ω)
0,5
0,4
0,3
Menor
0,2
Maior
0,1
0
2,5
5
7,5
10
12,5
15
17,5
20
22,5
25
27,5
30
Tensâo (V)
Figura 18 - Variação da Resistência em Relação à Tensão na Amostra n°1
2
Já no gráfico acima, é possível observar que a resistência diminui conforme a
tensão aumenta, porém de maneia linear, diferentemente da corrente.
Obs.: Na curva do gráfico de maior distância, há certa deformidade na
continuidade. No ponto (22.5,89.4), foi retirada a tensão da amostra até que a
temperatura da amostra se igualasse à temperatura ambiente, e então,
continuado os testes. Isso mostra que a temperatura está diretamente
envolvida no rendimento do material. Mas não altera a forma da linha do
gráfico.
Resultados Amostra n°2
Tabela 3 - Obtidos no Eixo com Menor
Distância Entre Pontos – Eixo A
Tabela 4 - Obtidos no Eixo com Maior
Distância Entre Pontos – Eixo C
Tensão
(V)
2,50
5,00
7,50
10,00
12,50
15,00
17,50
20,00
22,50
25,00
27,50
30,00
Tensão
(V)
2,50
5,00
7,50
10,00
12,50
15,00
17,50
20,00
22,50
25,00
27,50
30,00
Corrente
(mA)
11,90
29,80
50,50
74,60
101,80
133,70
169,50
220,00
260,00
320,00
390,00
470,00
Resistência
(Ω)
0,21
0,17
0,15
0,13
0,12
0,11
0,10
0,09
0,09
0,08
0,07
0,06
Corrente
(mA)
12,10
29,00
49,20
71,20
101,00
132,40
169,00
220,00
270,00
330,00
410,00
500,00
Resistência
(Ω)
0,21
0,17
0,15
0,14
0,12
0,11
0,10
0,09
0,08
0,08
0,07
0,06
Comparação dos Eixos - Amostra n°2
550
500
450
Corrente (mA)
400
350
300
250
Menor
200
Maior
150
100
50
0
2,5
5
7,5
10
12,5
15
17,5
20
22,5
25
27,5
30
Tensão (V)
Figura 19 - Amplitude da Corrente em Relação à Tensão na Amostra n°1
3
No gráfico acima, as curvas se assemelham às da amostra anterior, porém
com valores de corrente elevados.
Resistência - Amostra n°2
0,25
Resistência (Ω)
0,2
0,15
Menor
0,1
Maior
0,05
0
2,5
5
7,5
10
12,5
15
17,5
20
22,5
25
27,5
30
Tensâo (V)
Figura 20 - Variação da Resistência em Relação à Tensão na Amostra n°1
Neste caso, foi observado que o gráfico da resistência não segue a forma linear
e diminui conforme o aumento da tensão.
9 – Conclusões
Nos ensaios, observou-se a na amostra n°2, obteve densidade 31,4% elevada
em relação à amostra n°1. Conectada a tensão elétrica na amostra n°1, o
gráfico da corrente que circulava pela amostra manteve uma curva,
aumentando conforme a tensão aumentava, e não houve diferença significativa
entre os eixos de diferentes comprimentos. Já o gráfico da resistência, manteve
a forma linear e diminuindo conforme o aumento da tensão. Mesmo com o a
temperatura, a linha do gráfico manteve sua forma e teve diferença aproximada
de 0,2Ω de diferença entre os testes das distâncias entre o eixo mais largo (C)
e o eixo mais estreito (A).
O gráfico da corrente da amostra n°2 obteve curva semelhante ao da amostra
n°1, porém com valores elevados com diferença de aproximadamente de
+360mA. O gráfico da resistência obteve curvatura acentuada e com maior
valor quando submetida e menores tensões, que se estabilizavam conforme a
tensão aumentava.
Os resultados mostram o efeito provocado pelos contaminantes na eficiência
do material. Mesmo com 99,999% de pureza, esse 0,001% de elemento
contaminante resultou em diminuição de 31,4% da densidade do material e o
tornou menos sensível às diferenças de tensão. Este efeito se dá,
provavelmente, pelo este matéria não ser totalmente isolante, devido a
2
impurezas
intrínsecas
semicondutoras.
contidas
em
materiais
com
propriedades
Mas com o método correto de dopagem a quantidade correta utilizada de
dopantes, pode resultar numa eficiente forma de obtenção de energia elétrica
proveniente da conversão da energia emitida recebida pelo Sol.
Como a principal fonte de Silício Grau Solar vem do resíduo da obtenção do
Silício Grau Eletrônico, que é tido como desperdício de matéria-prima, sendo
desenvolvidas técnicas para melhorar a eficiência da produção de
componentes eletrônicos. Purificar o Silício Grau Metálico é uma ótima
alternativa tanto para dispensar a total dependência da indústria de
componentes, como abre a possibilidade de transformar o Brasil num pais
fabricante suas próprias células solares com menor custo, e com o avanço e
estudos de novas tecnologias, é possível eliminar grande porcentagem de
dependência de combustíveis fosseis e hidrelétricas, que são a forma de
conversão de energia mais utilizada na Brasil, evitando impactos ambientais.
10 – Biografia
Electronica. Efeito Fotovoltaico, Disponível em:
http://www.electronica-pt.com/index.php/content/view/173/
Acessado em: 20/04/2013
Electronica. Energia Solar, Disponível em:
http://www.electronica-pt.com/index.php/content/view/18/30/
Acessado em: 20/04/2013
DNPM – Departamento Nacional de Produção Mineral. Quartzo, Disponível em:
https://sistemas.dnpm.gov.br/publicacao/mostra_imagem.asp?IDBancoArquivoArquivo
=7405
Acessado em: 26/04/2013
VILLALVA, Marcelo Gradella. Energia Solar Fotovoltaica – Conceitos e Aplicações.
São Paulo: Editora Érica, 2013.
GTES, Grupo de Trabalho de Energia Solar. Manual de Engenharia Para Sistemas
Fotovoltaicos. Rio de Janeiro: Edição Especial, 2004.
MEI, Paulo Roberto. Purificação De Silício Metalúrgico Nacional Para Produção De
Células Solares. São Paulo: 2012
Solar Cells, Fuel and Batteries – Stanford University Course by Bruce Clemens: Obtido
do site https://class.stanford.edu/courses/ no dia 01/10/2013
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