Efeito da convecção do líquido na purificação do silício por solidificação direcional para aplicações fotovoltaicas

Resumo

A utilização e consumo da energia fotovoltaica aumenta anualmente e esta energia é uma das mais importantes do sistema elétrico europeu. No Brasil houve um aumento de 44% na geração de energia fotovoltaica somente entre 2015 e 2016 e estima-se que 1,2 milhões de novos geradores fotovoltaicos serão instalados até 2024. Cerca de 90% da energia fotovoltaica consumida é obtida por painéis solares construídos com silício de grau solar mono ou policristalino. O aumento da demanda pelo silício de grau solar motivou a pesquisa por processos de menor custo e maior eficiência. Os processos baseados na purificação do silício metalúrgico estão inseridos na chamada rota metalúrgica, que é uma das mais promissoras. A solidificação direcional do silício metalúrgico para remoção de impurezas metálicas é uma das etapas mais importantes da rota metalúrgica. Durante a solidificação direcional, ocorre a macrossegregação de impurezas para uma extremidade do lingote, deixando o restante purificado, com um teor de impurezas aceitável para a produção do silício solar. O principal objetivo deste projeto é investigar o efeito da convecção forçada do silício líquido e da transferência de calor na macrossegregação de impurezas durante a solidificação direcional do silício metalúrgico. Serão realizados experimentos de solidificação direcional onde a convecção forçada será introduzida de forma controlada por meio de um disco em rotação com velocidade constante, imerso no silício líquido. Os lingotes obtidos serão caracterizados quanto à macrossegregação e macro-microestrutura. A macrossegregação de impurezas e o nível de purificação serão medidos por análise química da composição em função da distância em relação à base dos lingotes. Um modelo matemático para solidificação direcional do silício sob efeito de convecção forçada do líquido será implementado para auxiliar na investigação. Os resultados dos experimentos e do modelo matemático permitirão a identificação das variáveis importantes para a purificação e a definição de processos mais eficientes. (AU)