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silicio policristalino

Lado izquierdo : células solares hechas de silicio policristalino. Lado derecho : varilla de polisilicio (arriba) y trozos (abajo). El silicio policristalino , o silicio multicr...

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Lado izquierdo : células solares hechas de silicio policristalino. Lado derecho : varilla de polisilicio (arriba) y trozos (abajo).

El silicio policristalino , o silicio multicristalino , también llamado polisilicio , poli-Si o mc-Si , es una forma policristalina de silicio de alta pureza , utilizada como materia prima por la industria solar fotovoltaica y la electrónica .

El polisilicio se produce a partir de silicio de grado metalúrgico mediante un proceso de purificación química, denominado proceso Siemens . Este proceso implica la destilación de compuestos volátiles de silicio y su descomposición en silicio a altas temperaturas. Un proceso alternativo emergente de refinamiento utiliza un reactor de lecho fluidizado , que es de menor costo. [ 1 ] La industria fotovoltaica también produce silicio de grado metalúrgico mejorado (UMG-Si), utilizando procesos de purificación metalúrgica en lugar de química para reducir costos a expensas de la pureza. [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] Cuando se produce para la industria electrónica, el polisilicio contiene niveles de impurezas de menos de una parte por mil millones (ppb), mientras que el silicio policristalino de grado solar (SoG-Si) es generalmente menos puro. En la década de 2010, la producción se trasladó a China, y las empresas con sede en China representaron siete de los diez principales productores y alrededor del 90 % de la capacidad total de producción mundial de aproximadamente 1.400.000 MT. Las empresas alemanas, estadounidenses y surcoreanas representan el resto. [ 6 ]

Las células solares policristalinas, a menudo llamadas paneles multicristalinos, son dispositivos fotovoltaicos muy rentables, económicos y duraderos, fabricados mediante la fusión de múltiples fragmentos de silicio. Reconocibles por su forma cuadrada y su apariencia azul, moteada y similar a un mosaico, suelen tener una eficiencia del 14% al 18%. Estos paneles son ideales para proyectos solares a gran escala y con presupuestos ajustados. La materia prima de polisilicio (grandes varillas del proceso Siemens, generalmente rotas en trozos de tamaños específicos y empaquetadas en salas limpias antes del envío [ 7 ] ) se funde directamente en lingotes multicristalinos , que son grandes bloques cuadrados que pesan alrededor de 800 kg [ 8 ] para la fabricación de obleas solares [ 9 ] , o se somete tal cual a un proceso de recristalización para el crecimiento de lingotes monocristalinos , generalmente mediante el método Czochralski [ 10 ] [ 9 ] . Los lingotes se cortan en finas obleas de silicio y se utilizan para la producción de células solares , circuitos integrados y otros dispositivos semiconductores .

El polisilicio está compuesto de pequeños cristales , también conocidos como cristalitos , que le dan al material su típico efecto de escamas metálicas . Si bien polisilicio y multisilicio se usan a menudo como sinónimos, multicristalino generalmente se refiere a cristales de más de un milímetro. Las células solares multicristalinas son el tipo más común de células solares en el mercado fotovoltaico de rápido crecimiento y consumen la mayor parte del polisilicio producido en el mundo. Se requieren aproximadamente 5 toneladas de polisilicio para fabricar un módulo solar convencional de 1 megavatio (MW). [ 11 ] El polisilicio es distinto del silicio monocristalino y del silicio amorfo .

Comparación con el silicio monocristalino

Comparación de células solares policristalinas (izquierda) y monocristalinas (derecha).

En el silicio monocristalino , la estructura cristalina es homogénea, lo que se reconoce por una coloración externa uniforme. [ 12 ] La muestra completa es un único cristal continuo e ininterrumpido, ya que su estructura no contiene límites de grano . Los monocristales grandes son raros en la naturaleza y también pueden ser difíciles de producir en el laboratorio (véase también recristalización ). Por el contrario, en una estructura amorfa, el orden en las posiciones atómicas se limita a un corto alcance.

Las fases policristalinas y paracristalinas están compuestas por varios cristales o cristalitos más pequeños . El silicio policristalino (o silicio semicristalino, polisilicio, poli-Si o simplemente "poli") es un material que consiste en múltiples cristales pequeños de silicio. Las células policristalinas se pueden reconocer por un grano visible, un "efecto de escamas metálicas". El silicio policristalino de grado semiconductor (también grado solar) se convierte en silicio monocristalino, lo que significa que los cristalitos de silicio asociados aleatoriamente en el silicio policristalino se convierten en un gran monocristal. El silicio monocristalino se utiliza para fabricar la mayoría de los dispositivos microelectrónicos basados ​​en Si . El silicio policristalino puede tener una pureza de hasta el 99,9999 %. [ 13 ] El poli ultrapuro se utiliza en la industria de semiconductores , a partir de varillas de poli de dos a tres metros de longitud resultantes del proceso Siemens. En la industria de la microelectrónica (industria de semiconductores), el poli se utiliza tanto a macroescala como a microescala. Los monocristales se cultivan utilizando los métodos de Czochralski , fusión zonal y Bridgman-Stockbarger . El método de Czochralski suele utilizar polisilicio como material de partida. [ 14 ]

Si bien los paneles solares policristalinos históricamente acapararon una importante cuota de mercado en la fabricación de energía solar fotovoltaica a nivel mundial debido a su bajo costo y facilidad de fabricación en comparación con los monocristalinos, su participación se ha reducido desde al menos 2018. [ 15 ] En los últimos años, la diferencia de precio entre ambas tecnologías se ha acortado, tanto en términos absolutos (costo del panel por vatio) como en LCoE [ 16 ] . Esto ha contribuido a que los paneles monocristalinos se conviertan en la tecnología dominante, y algunos estudios muestran períodos de recuperación de la inversión más rápidos para los paneles monocristalinos a pesar de un mayor costo inicial. [ 15 ] [ 17 ]

Componentes

Una varilla de polisilicio de grado semiconductor mediante el proceso Siemens.

A nivel de componentes, el polisilicio se ha utilizado durante mucho tiempo como material de puerta conductora en las tecnologías de procesamiento MOSFET y CMOS . Para estas tecnologías, se deposita utilizando reactores de deposición química en fase vapor a baja presión ( LPCVD ) a altas temperaturas y suele estar fuertemente dopado de tipo n o de tipo p .

Más recientemente, el polisilicio intrínseco y dopado se utiliza en electrónica de gran superficie como capas activas o dopadas en transistores de película delgada . Si bien puede depositarse mediante LPCVD , deposición química en fase vapor asistida por plasma (PECVD) o cristalización en fase sólida de silicio amorfo en ciertos procesos, estos aún requieren temperaturas relativamente altas, de al menos 300  °C. Estas temperaturas permiten la deposición de polisilicio sobre sustratos de vidrio, pero no sobre sustratos de plástico.

La deposición de silicio policristalino sobre sustratos plásticos responde al deseo de fabricar pantallas digitales flexibles. Por ello, se ha desarrollado una técnica relativamente nueva, la cristalización láser, para cristalizar un material precursor de silicio amorfo (a-Si) sobre un sustrato plástico sin fundirlo ni dañarlo. Se utilizan pulsos láser ultravioleta cortos y de alta intensidad para calentar el material a-Si depositado por encima del punto de fusión del silicio, sin fundir todo el sustrato.

Silicio policristalino (utilizado para producir monocristales de silicio mediante el proceso Czochralski )

El silicio fundido se cristalizará al enfriarse. Mediante el control preciso de los gradientes de temperatura, los investigadores han logrado cultivar granos muy grandes, de hasta cientos de micrómetros en el caso extremo, aunque también son comunes tamaños de grano de 10 nanómetros a 1 micrómetro . Sin embargo, para crear dispositivos en polisilicio sobre grandes áreas, se necesita un tamaño de grano cristalino menor que el tamaño de la característica del dispositivo para lograr la homogeneidad de los dispositivos. Otro método para producir poli-Si a bajas temperaturas es la cristalización inducida por metales, donde una película delgada de Si amorfo puede cristalizarse a temperaturas tan bajas como 150  °C si se recoce en contacto con otra película metálica como aluminio , oro o plata .

El polisilicio tiene numerosas aplicaciones en la fabricación de circuitos integrados de muy alta escala (VLSI ). Uno de sus usos principales es como material de electrodo de puerta para dispositivos MOS. La conductividad eléctrica de una puerta de polisilicio puede incrementarse depositando un metal (como el tungsteno) o un siliciuro metálico (como el siliciuro de tungsteno) sobre ella. El polisilicio también puede emplearse como resistencia, conductor o contacto óhmico para uniones poco profundas, logrando la conductividad eléctrica deseada mediante el dopaje del material.

Una diferencia importante entre el polisilicio y el a-Si es que la movilidad de los portadores de carga del polisilicio puede ser varios órdenes de magnitud mayor, y el material también muestra mayor estabilidad bajo tensión inducida por campos eléctricos y luz. Esto permite crear circuitos más complejos y de alta velocidad sobre el sustrato de vidrio junto con los dispositivos a-Si, que siguen siendo necesarios por sus características de baja fuga . Cuando se utilizan dispositivos de polisilicio y a-Si en el mismo proceso, se denomina procesamiento híbrido. También se utiliza un proceso completo de capa activa de polisilicio en algunos casos donde se requiere un tamaño de píxel pequeño, como en las pantallas de proyección .

Materias primas para la industria fotovoltaica

El silicio policristalino es la materia prima clave en la industria fotovoltaica basada en silicio cristalino y se utiliza para la producción de células solares convencionales . Por primera vez, en 2006, más de la mitad del suministro mundial de polisilicio fue utilizado por fabricantes de PV. [ 18 ] La industria solar se vio gravemente afectada por una escasez en el suministro de materia prima de polisilicio y se vio obligada a paralizar aproximadamente una cuarta parte de su capacidad de fabricación de células y módulos en 2007. [ 19 ] Solo se conocían doce fábricas que producían polisilicio de grado solar en 2008; sin embargo, para 2013 el número aumentó a más de 100 fabricantes. [ 20 ] El silicio monocristalino es más caro y un semiconductor más eficiente que el policristalino, ya que ha sufrido una recristalización adicional mediante el método Czochralski. El triclorosilano se utiliza para crear (polisilicio) de grado electrónico (EGS) de alta pureza a partir de (polisilicio) de grado metalúrgico (MGS) que se produce a partir de cuarcita . EGS se utiliza para la energía fotovoltaica de silicio [ 21 ] y es necesario para el método Czochralski de producción de obleas utilizado en circuitos integrados. [ 22 ]

Métodos de deposición

La deposición de polisilicio, o el proceso de depositar una capa de silicio policristalino sobre una oblea semiconductora, se logra mediante la descomposición química del silano (SiH₄ ) a altas temperaturas de 580 a 650  °C. Este proceso de pirólisis libera hidrógeno.

SiH4 (g) → Si(s) + 2H2 (g)CVDa 500-800°C [ 23 ]

Las capas de polisilicio se pueden depositar utilizando silano al 100% a una presión de 25–130 Pa (0,19–0,98 Torr) o con silano al 20–30% (diluido en nitrógeno) a la misma presión total. Ambos procesos pueden depositar polisilicio en 10–200 obleas por ciclo, a una velocidad de 10–20 nm/min y con uniformidades de espesor de ±5%. Las variables críticas del proceso para la deposición de polisilicio incluyen la temperatura, la presión, la concentración de silano y la concentración de dopante. Se ha demostrado que el espaciado de la oblea y el tamaño de la carga tienen efectos menores en el proceso de deposición. La velocidad de deposición de polisilicio aumenta rápidamente con la temperatura, ya que sigue un comportamiento de Arrhenius , es decir, velocidad de deposición = A·exp(–qE a /kT) donde q es la carga del electrón y k es la constante de Boltzmann . La energía de activación (E a ​​) para la deposición de polisilicio es de aproximadamente 1,7 eV. Según esta ecuación, la velocidad de deposición de polisilicio aumenta con la temperatura de deposición. Sin embargo, existe una temperatura mínima en la que la velocidad de deposición supera la velocidad a la que el silano sin reaccionar llega a la superficie. Por encima de esta temperatura, la velocidad de deposición ya no puede aumentar con la temperatura, puesto que se ve limitada por la falta de silano a partir del cual se generará el polisilicio. Se dice entonces que dicha reacción está "limitada por el transporte de masa". Cuando un proceso de deposición de polisilicio se ve limitado por el transporte de masa, la velocidad de reacción depende principalmente de la concentración de reactivos, la geometría del reactor y el flujo de gas.    

Cuando la velocidad de deposición del polisilicio es menor que la velocidad de llegada del silano sin reaccionar, se dice que está limitada por la reacción superficial. Un proceso de deposición limitado por la reacción superficial depende principalmente de la concentración de reactivos y la temperatura de reacción. Los procesos de deposición deben estar limitados por la reacción superficial porque dan como resultado una excelente uniformidad de espesor y cobertura de escalones. Una gráfica del logaritmo de la velocidad de deposición frente al inverso de la temperatura absoluta en la región limitada por la reacción superficial da como resultado una línea recta cuya pendiente es igual a –qE a /k.

A niveles de presión reducidos para la fabricación de VLSI, la tasa de deposición de polisilicio por debajo de 575  °C es demasiado lenta para ser práctica. Por encima de 650  °C, se encontrará una uniformidad de deposición deficiente y una rugosidad excesiva debido a reacciones no deseadas en fase gaseosa y al agotamiento del silano. La presión se puede variar dentro de un reactor de baja presión ya sea cambiando la velocidad de bombeo o cambiando el flujo de gas de entrada al reactor. Si el gas de entrada está compuesto tanto de silano como de nitrógeno, el flujo de gas de entrada, y por lo tanto la presión del reactor, puede variar ya sea cambiando el flujo de nitrógeno a un flujo de silano constante, o cambiando tanto el flujo de nitrógeno como el de silano para cambiar el flujo total de gas manteniendo constante la proporción de gases. Investigaciones recientes han demostrado que la evaporación por haz de electrones, seguida de SPC (si es necesario) puede ser una alternativa rentable y más rápida para producir películas delgadas de poli-Si de grado solar. [ 24 ] Se ha demostrado que los módulos producidos por este método tienen una eficiencia fotovoltaica de ~6%. [ 25 ]

Si es necesario, el dopaje del polisilicio también se realiza durante el proceso de deposición, generalmente mediante la adición de fosfina, arsina o diborano. La adición de fosfina o arsina ralentiza la deposición, mientras que la de diborano la incrementa. La uniformidad del espesor de la deposición suele verse afectada negativamente al añadir dopantes durante el proceso.

Proceso Siemens

Diagrama esquemático del proceso de purificación del reactor Siemens tradicional y del reactor de lecho fluidizado.

El proceso Siemens es el método más utilizado para la producción de polisilicio, especialmente para la electrónica, [ 26 ] con cerca del 75% de la producción mundial utilizando este proceso en 2005. [ 27 ] Se ha utilizado desde la década de 1950 con el surgimiento de la industria de semiconductores, para dispositivos semiconductores con silicio. [ 2 ] El proceso Siemens recibe su nombre de la empresa Siemens , que lo inventó en 1954. [ 28 ]

El proceso convierte Si de grado metalúrgico , con una pureza aproximada del 98%, en SiHCl₃ ( triclorosilano ) y luego en silicio en un reactor, eliminando así las impurezas de metales de transición y dopantes . [ 26 ] El proceso es relativamente costoso y lento. [ 26 ] El consumo de energía del proceso es alto. Debido a esto, se han investigado 17 alternativas; sin embargo, el proceso Siemens prevalece, especialmente debido a su uso en plantas de producción chinas. [ 29 ] No obstante, los filamentos tubulares han ganado terreno. [ 30 ]

Es un tipo de proceso de deposición química en fase vapor . [ 31 ] El proceso comienza con alambres o filamentos de silicio altos y delgados de 7 mm de diámetro y aproximadamente 2,5 m de altura, de sección transversal cuadrada, fabricados mediante el método Czochralski a partir de lingotes de silicio monocristalino. Los alambres se graban con ácido fluorhídrico para eliminar los óxidos de la superficie y se unen en la parte superior colocando alambres de silicio. Se instalan sobre electrodos. El reactor se cierra y se hace pasar una corriente eléctrica a través de los alambres a través de los electrodos para calentarlos a 1150 °C. El exterior del reactor se enfría con agua. Se puede utilizar ácido clorhídrico como catalizador. El triclorosilano se introduce junto con hidrógeno y se deposita en la superficie caliente de los alambres al interactuar con el catalizador y el proceso se detiene una vez que los alambres alcanzan un diámetro de 120 mm, formando las varillas en 46 horas. Se requieren otras 24 horas para instalar los alambres, grabarlos y recolectar las varillas para un total de 60 horas por lote. Las fábricas suelen contar con fuentes de alimentación redundantes para este proceso. A continuación, se extraen las barras, se retiran del reactor, se rompen en trozos y se envasan en bolsas llenas de nitrógeno o argón para su envío. La mayoría de las grandes fábricas producen el triclorosilano in situ. Lo ideal es retirar los productos de la reacción del reactor en cuanto se generan, de modo que el reactor disponga de un sistema de escape para el tetracloruro de silicio, el hidrógeno, el triclorosilano, el diclorosilano y el ácido clorhídrico.

Proceso FBR

En el proceso FBR, se introducen continuamente en el reactor pequeñas partículas de silicio llamadas semillas, junto con silano e hidrógeno. Los gases mueven las partículas para que se comporten como un fluido. En un proceso de deposición química de vapor dentro del reactor, el silano se convierte en silicio y se deposita sobre las semillas, aumentando su tamaño, las cuales luego se retiran del reactor. Se estima que el proceso FBR consume un orden de magnitud menos de energía que el proceso Siemens, entre 5 y 10 kWh/kg de silicio. El escape del reactor FBR es hidrógeno y silano sin reaccionar. [ 32 ] [ 33 ] A partir de 2021, el proceso Siemens se utiliza casi exclusivamente, ya que el proceso FBR solo tiene una cuota de mercado del 1,9 %. [ 34 ]

Silicio de grado metalúrgico mejorado

El silicio metalúrgico mejorado (UMG) (también conocido como UMG-Si) para células solares se produce como una alternativa de bajo costo al polisilicio creado mediante el proceso Siemens . El UMG-Si reduce considerablemente las impurezas de diversas maneras que requieren menos equipo y energía que el proceso Siemens. [ 35 ] Tiene una pureza de aproximadamente el 99%, tres o más órdenes de magnitud menor y es aproximadamente 10 veces más económico que el polisilicio (entre 1,70 y 3,20 dólares por kg entre 2005 y 2008, en comparación con los 40 a 400 dólares por kg del polisilicio). Tiene el potencial de proporcionar una eficiencia de células solares casi igual con una quinta parte de la inversión inicial, la mitad de los requisitos energéticos y menos de 15 dólares por kg. [ 36 ]

En 2008, varias empresas promocionaban el potencial del UMG-Si, pero en 2010 la crisis crediticia redujo drásticamente el costo del polisilicio y varios productores de UMG-Si suspendieron sus planes. [ 37 ] [ 38 ] [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ] [ 42 ] El proceso Siemens seguirá siendo la forma dominante de producción durante los próximos años debido a una implementación más eficiente del mismo. GT Solar afirma que un nuevo proceso Siemens puede producir a $27/kg y podría alcanzar los $20/kg en 5 años. GCL-Poly espera que los costos de producción sean de $20/kg para finales de 2011. [ 43 ] Elkem Solar estima que sus costos UMG serán de $25/kg, con una capacidad de 6000 toneladas para finales de 2010. Calisolar espera que la tecnología UMG produzca a $12/kg en 5 años con boro a 0,3  ppm y fósforo a 0,6  ppm. [ 44 ] A $50/kg y 7,5  g/W, los fabricantes de módulos gastan $0,37/W para el polisilicio. Para comparar, si un fabricante de CdTe paga el precio spot por el telurio ($420/kg en abril de 2010) y tiene un espesor de 3 μm , su costo sería 10 veces menor, $0,037/Watt. A 0,1 g/W y $31/ozt para la plata, los productores solares de polisilicio gastan $0,10/W en plata. [ 45 ]  

Q-Cells, Canadian Solar y Calisolar han utilizado UMG de Timminco. Timminco puede producir UMG-Si con 0,5 ppm de boro por 21 $/kg, pero fue demandada por sus accionistas porque esperaban 10 $/kg. [ 46 ] RSI y Dow Corning también han estado involucradas en litigios relacionados con la tecnología UMG-Si. [ 47 ]

Aplicaciones potenciales

Imagen de los límites de grano del polisilicio. Cada grano es cristalino en toda su anchura. El límite de grano separa los granos cuando el grano adyacente tiene una orientación diferente a la de su vecino. El límite de grano separa regiones con estructuras cristalinas distintas, sirviendo así como centro de recombinación. 'd' representa el tamaño característico del grano, que debe maximizarse para obtener la máxima eficiencia de la célula solar. Los valores típicos de d rondan el micrómetro.

Actualmente, el polisilicio se utiliza comúnmente como material conductor de puerta en dispositivos semiconductores como los MOSFET ; sin embargo, tiene potencial para dispositivos fotovoltaicos a gran escala. [ 48 ] [ 49 ] La abundancia, estabilidad y baja toxicidad del silicio, junto con el bajo costo del polisilicio en comparación con los monocristales, hacen que esta variedad de material sea atractiva para la producción fotovoltaica. [ 49 ] Se ha demostrado que el tamaño de grano tiene un efecto en la eficiencia de las células solares policristalinas. La eficiencia de la célula solar aumenta con el tamaño de grano. Este efecto se debe a la reducción de la recombinación en la célula solar. La recombinación, que es un factor limitante para la corriente en una célula solar, ocurre con mayor frecuencia en los límites de grano, véase la figura 1. [ 49 ]

La resistividad, la movilidad y la concentración de portadores libres en el silicio monocristalino varían con la concentración de dopaje del silicio monocristalino. Si bien el dopaje del silicio policristalino sí afecta la resistividad, la movilidad y la concentración de portadores libres, estas propiedades dependen en gran medida del tamaño del grano policristalino, un parámetro físico que el científico de materiales puede manipular. [ 49 ] Mediante los métodos de cristalización para formar silicio policristalino, un ingeniero puede controlar el tamaño de los granos policristalinos, lo que modificará las propiedades físicas del material.

Ideas novedosas

El uso de silicio policristalino en la producción de células solares requiere menos material y, por lo tanto, proporciona mayores beneficios y un mayor rendimiento de fabricación. El silicio policristalino no necesita depositarse sobre una oblea de silicio para formar una célula solar, sino que puede depositarse sobre otros materiales más económicos, reduciendo así el coste. No requerir una oblea de silicio alivia la escasez de silicio que ocasionalmente enfrenta la industria microelectrónica. [ 50 ] Un ejemplo de no utilizar una oblea de silicio son los materiales de silicio cristalino sobre vidrio (CSG). [ 50 ]

Una preocupación principal en la industria fotovoltaica es la eficiencia de las celdas. Sin embargo, un ahorro de costos suficiente en la fabricación de celdas puede compensar la menor eficiencia en el campo, como el uso de conjuntos de celdas solares más grandes en comparación con diseños más compactos/de mayor eficiencia. Diseños como CSG son atractivos debido a un bajo costo de producción incluso con una eficiencia reducida. [ 50 ] Los dispositivos de mayor eficiencia producen módulos que ocupan menos espacio y son más compactos; sin embargo, la eficiencia del 5-10% de los dispositivos CSG típicos aún los hace atractivos para la instalación en grandes estaciones de servicio central, como una central eléctrica. [ 50 ] La cuestión de eficiencia versus costo es una decisión de valor sobre si se requiere una celda solar "de alta densidad energética" o si se dispone de área suficiente para la instalación de alternativas menos costosas. Por ejemplo, una celda solar utilizada para la generación de energía en una ubicación remota podría requerir una celda solar de mayor eficiencia que una utilizada para aplicaciones de baja potencia, como iluminación solar de acento o calculadoras de bolsillo, o cerca de redes eléctricas establecidas.

fabricantes

Capacidad

Producción de polisilicio por país en 2013 (sede de la empresa, no ubicación de la planta). Total mundial de 227.000 toneladas. [ 51 ]
  1. China (36,1%)
  2. Estados Unidos (25,9%)
  3. Corea del Sur (11,4%)
  4. Alemania (21,6%)
  5. Japón (4,90%)
Procesamiento químico en una planta de polisilicio de PST.

El mercado de fabricación de polisilicio ha estado creciendo rápidamente. Según DigiTimes , en julio de 2011, la producción total de polisilicio en 2010 fue de 209.000 toneladas. Los proveedores de primer nivel representan el 64% del mercado, mientras que las empresas de polisilicio con sede en China tienen el 30% de la cuota de mercado. Es probable que la producción total aumente un 37,4% hasta alcanzar las 281.000 toneladas a finales de 2011. [ 52 ] Para 2012, EETimes Asia predice una producción de 328.000 toneladas con una demanda de solo 196.000 toneladas, y se espera que los precios al contado caigan un 56%. Si bien es bueno para las perspectivas de energía renovable, la consiguiente caída de precios podría ser brutal para los fabricantes. [ 53 ] A finales de 2012, SolarIndustryMag informa que se alcanzará una capacidad de 385.000 toneladas para finales de 2012. [ 54 ]

A partir de 2010, mientras los productores establecidos (mencionados más adelante) expanden su capacidad, nuevos participantes, muchos de ellos procedentes de Asia, ingresan al mercado. Incluso los actores veteranos del sector han tenido dificultades recientemente para expandir la producción de plantas. Aún no está claro qué empresas podrán producir a costos lo suficientemente bajos como para ser rentables tras la fuerte caída de los precios al contado de los últimos meses. [ 55 ] [ 56 ]

Productores líderes

Wacker's proyectó que su capacidad total de producción de polisilicio hiperpuro aumentaría a 67 000 toneladas métricas para 2014, debido a su nueva planta de producción de polisilicio en Cleveland, Tennessee (EE. UU.) con una capacidad anual de 15 000 toneladas métricas. [ 57 ] [ 58 ] [ 59 ]

Otros fabricantes

Precio

Historial de precios al contado del polisilicio

Los precios del polisilicio suelen dividirse en dos categorías: precios de contrato y precios al contado. A mayor pureza, mayor precio. En épocas de auge en la instalación de sistemas fotovoltaicos, se produce un repunte en los precios del polisilicio. En el mercado, no solo los precios al contado superan los precios de contrato, sino que también resulta difícil adquirir suficiente polisilicio. Los compradores aceptan pagos iniciales y contratos a largo plazo para adquirir un volumen suficientemente grande. Por el contrario, los precios al contado caen por debajo de los precios de contrato cuando la instalación de sistemas fotovoltaicos entra en una fase de descenso. A finales de 2010, el auge en la instalación elevó los precios al contado del polisilicio. En el primer semestre de 2011, los precios del polisilicio se mantuvieron altos gracias a las políticas de tarifas de alimentación (FIT) de Italia. La empresa de investigación de mercado y encuestas de precios de energía solar fotovoltaica, PVinsights, [ 72 ] informó que los precios del polisilicio podrían verse afectados por la falta de instalación en la segunda mitad de 2011. [ 73 ] Tan recientemente como en 2008, los precios superaban los $400/kg, disparándose desde niveles cercanos a los $200/kg, mientras que se observó una caída a $15/kg en 2013. [ 74 ]

Dumping

El gobierno chino acusó a los fabricantes de Estados Unidos y Corea del Sur de precios predatorios o "dumping" . En consecuencia, en 2013 impuso aranceles de importación de hasta el 57 por ciento al polisilicio enviado desde estos dos países para evitar que el producto se vendiera por debajo del costo. [ 75 ]

Desperdiciar

Debido al rápido crecimiento de la manufactura en China y la falta de controles regulatorios, se han reportado casos de vertido de tetracloruro de silicio residual . [ 76 ] Normalmente, el tetracloruro de silicio residual se recicla, pero esto aumenta el costo de fabricación, ya que necesita calentarse a 1800 °F (980 °C) .  

Véase también

Referencias

  1. ↑ "Una hoja de ruta para la energía fotovoltaica de silicio monocristalino basada en obleas" .
  2. 1 2 Forniés, Eduardo; Méndez, Laura; Tojeiro, Marta. "Polisilicio frente a silicio metalúrgico mejorado (UMG-Si): tecnología, calidad y costes" (PDF) . www.pv-tech.org .
  3. ^ Dasilva Villanueva, N.; Catalán-Gómez, S.; Fuertes Marrón, D.; Torres, JJ; García-Corpas, M.; del Cañizo, C. (enero 2022). "Reducción de atrapamiento y recombinación en silicio de grado metalúrgico mejorado: impacto de la captación por difusión de fósforo". Materiales de Energía Solar y Células Solares . 234 111410. arXiv : 2106.15926 . Código Bib : 2022SEMSC.23411410D . doi : 10.1016/j.solmat.2021.111410 .
  4. ↑ Forniés, Eduardo; Ceccaroli, Bruno; Méndez, Laura; Souto, Alejandro; Pérez Vázquez, Antonio; Vlasenko, Timur; Diéguez, Joaquín (19 de abril de 2019). "Prueba de producción en masa de células y módulos solares fabricados 100% con silicio UMG. Eficiencia récord del 20,76%" . Energías . 12 (8): 1495. doi : 10.3390/en12081495 .
  5. ↑ Méndez, Laura; Forniés, Eduardo; Garraín, Daniel; Pérez Vázquez, Antonio; Souto, Alejandro; Vlasenko, Timur (1 de octubre de 2021). "Silicio y polisilicio de grado metalúrgico mejorados para la producción de electricidad solar: una evaluación comparativa del ciclo de vida". Ciencia del Medio Ambiente Total . 789 147969. arXiv : 2102.11571 . Código Bib : 2021ScTEn.78947969M . doi : 10.1016/j.scitotenv.2021.147969 . PMID 34082204 . S2CID 232013656 .  
  6. ↑ "FABRICANTES DE POLISILICON" . BernReuter Research. Archivado del original el 29 de mayo de 2024. Consultado el 18 de agosto de 2024 .
  7. ↑ "Estados Unidos" .
  8. ↑ Woodhouse, Michael; Smith, Brittany; Ramdas, Ashwin; Margolis, Robert. "Costos de fabricación de módulos fotovoltaicos de silicio cristalino y precios sostenibles: punto de referencia del primer semestre de 2018 y hoja de ruta para la reducción de costos" (PDF) . Laboratorio Nacional de Energías Renovables .
  9. 1 2 Slaoui, A. (2017). "Materiales inorgánicos para energía fotovoltaica: estado actual y desafíos futuros" . EPJ Web of Conferences . 148 : 00007. Bibcode : 2017EPJWC.14800007S . doi : 10.1051/epjconf/201714800007 .
  10. ↑ "Estados Unidos" .
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