epe0320 obtenção de células fotovoltaicas baseadas em

XVII Encontro de Iniciação Científica
XIII Mostra de Pós-graduação
VII Seminário de Extensão
IV Seminário de Docência Universitária
16 a 20 de outubro de 2012
INCLUSÃO VERDE: Ciência, Tecnologia e
Inovação para o Desenvolvimento Sustentável
EPE0320
OBTENÇÃO DE CÉLULAS FOTOVOLTAICAS BASEADAS EM
FILMES FINOS DE SILÍCIO AMORFO
LAÍS DOS ANJOS SEGURA GIMENEZ
[email protected]
ENGENHARIA AMBIENTAL E SANITÁRIA NOTURNO
UNIVERSIDADE DE TAUBATÉ
ORIENTADOR(A)
EVANDRO LUIS NOHARA
UNIVERSIDADE DE TAUBATÉ
RESUMO
O presente trabalho de iniciação científica tem como objetivo o estudo e a produção de células
fotovoltaicas baseadas em filmes finos de silício por processos assistidos a plasma. A
fabricação de células fotovoltaicas de silício monocristalino ou policristalino, baseadas no
processo convencional de Czochralski, envolvem a fusão do silício de alta pureza (99,99% a
99,99999%) em reatores sob atmosfera controlada e com velocidades de crescimento de cristal
extremamente lentas (da ordem de cm/hora). Uma vez que as temperaturas envolvidas são da
ordem de 1600ºC, o consumo de energia neste processo é grande, por volta de 300-600
amperes, dependendo do tamanho do forno. Para diminuir os custos energéticos envolvidos na
produção das células fotovoltaicas, foi desenvolvida a segunda geração baseada em filmes
finos de silício, depositado com espessuras na escala micrométrica em substratos flexíveis
(polímero ou metal) via processos de deposição física (PVD) ou química de vapor (CVD). A
principal vantagem destes processos está baseado na diminuição dos custos energéticos, uma
vez que requerem entre 20-60 ampéres de corrente elétrica. De acordo com o processo
utilizado, filmes finos de silício são obtidos em dois tipos, amorfo (a-Si) e cristalino (c-Si), com
eficiência de conversão de energia de 6-8% e 10%, respectivamente, enquanto que o processo
Czochralski permite uma eficiência de até no máximo 24%. Embora menos eficiente, os filmes
finos são competitivos devido ao menor gasto energético envolvido na sua fabricação.
Adicionalmente, o processo Czochralski demanda um maior tempo e mão-de-obra, pois obtém
um cristal em formato cilíndrico, que necessita ser cortado (em serra de diamante ou laser)
para originar os waffers de silício, que são posteriormente dopados em forno a altas
temperaturas com fósforo (~1000ºC), enquanto que a obtenção de filmes finos é feito de forma
continua, diminuindo custos de mão-de-obra, o que facilita sua fabricação em grande escala.
Além disso, os filmes finos flexíveis se conformam mais facilmente em estruturas com
geometrias complexas possibilitando a aplicação em diferentes arquiteturas, abrindo um leque
de oportunidades de utilização, com ótimo aspecto visual. Na parte experimental do presente
trabalho, o processo a ser utilizado para a obtenção dos filmes finos de silício será baseado na
técnica magnetron sputtering, no reator de plasma disponível no Departamento de Engenharia
Mecânica da UNITAU, e a eficiência da conversão da energia da luz em elétrica será
caracterizada na empresa Tecnometal. Cabe ressaltar que a parte experimental do presente
trabalho está em andamento, a ser concluído até a apresentação no ENIC.