Dal silicio ai pannelli solari: qual è il processo di trasformazione?

La fabbricazione di un pannello fotovoltaico segue diverse fasi. Si tratta in un primo momento di elaborare del Silicio di grado solare utilizzabile per formare delle placche di Silicio. Viene poi la fabbricazione delle celle in sé, il loro assemblaggio in moduli e la composizione di un'installazione finale con la sua struttura portante, i suoi diversi componenti elettrici ed elettronici. È sulle prime fasi di trasformazione del Silicio, materia prima del 90% dei pannelli fotovoltaici, che intendiamo illuminarvi oggi. Pronti per un po' di chimica?

CATENA DI PRODUZIONE

Il Silicio è estratto dalla Silice, che si trova abbondantemente in natura, nel quarzo o nella sabbia. Il processo più diffuso consiste nell'estrarre il silicio dal quarzo per creare del Silicio metallurgico che sarà poi purificato per ottenere del Silicio di grado solare. Quest'ultimo è successivamente colato in lingotti dai quali sono ricavate le placche di Silicio con cui sono fatte le celle.

FASI DI RAFFINAZIONE DEL SILICIO

Dalla Silice al Silicio Metallurgico

Il Silicio è dunque ottenuto a partire dalla Silice (SiO2) contenuta nel Quarzo per riduzione carbothermica effettuata in un forno ad arco.

Si tratta in realtà di estrarre l'ossigeno dalla Silice (SiO2) riscaldando il quarzo con delle specie contenenti del carbonio come l'houille, per esempio. Queste specie carboniose sotto l'effetto del calore si combinano con l'ossigeno del Quarzo per formare monossido di carbonio (CO) e poi biossido di carbonio (CO2). Il calore necessario alla reazione è fornito dagli archi elettrici creati da elettrodi contenuti nel famoso forno. Alla fine di questo processo si ottiene del Silicio Metallurgico (MG Si) che non è ancora sfruttabile per la creazione di pannelli solari.

Purificazione del Silicio Metallurgico

È necessario purificare il Silicio metallurgico per ottenere un Silicio di grado solare utilizzabile per la fabbricazione delle celle. Questa purificazione può avvenire in diversi modi, ma la via chimica è la più diffusa.

Si utilizza in genere del Cloro a causa della forte attrazione tra gli atomi di Silicio e gli ioni cloruro (Cl-). Questi composti sono poi purificati mediante distillazione e decomposizione termica.

CRISTALLIZZAZIONE E FORMAZIONE DELLE PLACCHE

Il Silicio solare o policristallino ottenuto nella fase precedente viene poi fuso e risolidificato in lingotti. È in questi lingotti che si tagliano infine le placche di silicio che serviranno a fabbricare le celle. Infatti, è quando il silicio è in fusione che i prodotti droganti vengono aggiunti affinché si formi una corrente elettrica all'interno delle celle.

È anche in questa fase che si crea la distinzione tra pannelli monocristallini e policristallini.

Il silicio monocristallino è costituito da un unico cristallo; si procede a un estrazione per formare un lingotto cilindrico a partire da un mono-cristallo madre (Processo CZ).

Il Silicio policristallino è invece formato da un mosaico di cristalli ottenuti per colata in uno stampo e per un raffreddamento lento.