Da areia aos painéis solares: revelando a jornada da fabricação de painéis solares

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2023. O mundo está se esforçando para fazer a transição para fontes de energia mais sustentáveis ​​e reduzir sua dependência de combustíveis fósseis. Como resultado, a energia renovável está se tornando cada vez mais popular. De fato, a empresa internacional de contabilidade BDO Global prevê que, até 2024, quase 33% da eletricidade mundial será produzida a partir de fontes renováveis.

A energia solar, em particular, é uma das opções de energia limpa mais promissoras e seu uso está crescendo rapidamente em todo o mundo. Algumas fontes relatam que a energia solar agora representa mais da metade da nova capacidade de geração nos EUA.

Nesse contexto, conhecer melhor os painéis solares é relevante. Um dos fatos mais surpreendentes sobre eles é que eles são realmente feitos de areia. Mas como a areia se transforma em painéis solares?

Aqui está tudo o que você precisa saber sobre a engenharia por trás da tecnologia fotovoltaica de silício.

A areia é uma das principais matérias-primas na produção de painéis solares.

Ao contrário de outras matérias-primas, a areia é bastante comum e amplamente disponível na maior parte do mundo. Não é infinito, no entanto. Segundo a CNBC, a areia é o recurso natural mais consumido depois da água, e pode haver escassez de areia em breve.

Isso não se deve à fabricação de painéis solares, mas porque o setor de construção tem uma alta demanda por areia. Afinal, a areia é usada como agregado miúdo na produção de concreto.

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A areia também é uma das principais matérias-primas do vidro de nossas janelas e telas de nossos smartphones e uma das matérias-primas dos chips de silício em telefones, computadores e outros dispositivos eletrônicos.

A areia tem várias propriedades que a tornam adequada para todas estas aplicações:

A areia consiste em grãos, e esses grãos podem preencher lacunas nas partículas de cimento, por isso é misturado com cascalho para produzir concreto. A areia fornece resistência estrutural ao concreto.

O alto teor de sílica na areia permite que ela derreta em altas temperaturas e forme um material de vidro fundido. Quando resfriado, o vidro mantém sua transparência, permitindo a transmissão de luz, proteção e isolamento.

A estrutura cristalina do silício, derivada da areia, possui propriedades semicondutoras únicas que permitem um alto controle do fluxo de correntes elétricas - razão pela qual o silício está presente em dispositivos eletrônicos. É um componente chave de diodos, transistores e circuitos.

No entanto, na fabricação de painéis solares em particular, não é qualquer areia que serve. A areia utilizada deve ter um alto teor de dióxido de silício. Isso é importante porque o dióxido de silício é a principal fonte de silício e é essencial na produção de wafer, conforme explicaremos a seguir.

Para construir painéis solares, a areia rica em sílica deve ser extraída de depósitos naturais, como minas de areia ou pedreiras, onde a areia é frequentemente composta de quartzo, uma forma de sílica cristalina.

A areia é lavada para remover impurezas como argila, matéria orgânica e outros minerais. Em seguida, é refinado com métodos de processamento químico. Um método comum é a lixiviação ácida, onde a areia é misturada com uma solução ácida - como o ácido sulfúrico - para dissolver as impurezas e separar a sílica.

Depois disso, a sílica é aquecida em altas temperaturas, normalmente em um forno, para eliminar qualquer material orgânico residual e transformá-lo em sílica de alta pureza.

A sílica de alta pureza é a chave para a produção de polissilício, também conhecido como silício policristalino. Esta forma de silício de alta pureza é usada como matéria-prima para células solares.

Para obtê-lo, a areia de quartzo purificada é misturada com materiais ricos em carbono, como carvão ou coque de petróleo. Em seguida, a mistura é exposta a uma corrente de cloro gasoso em altas temperaturas, formando o triclorossilano (SiHCl3). Este processo é chamado de cloração.

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O triclorossilano, resultado da cloração, é posteriormente processado com técnicas de destilação e purificação. No processo de destilação, o triclorossilano é aquecido para se separar em seus componentes. O triclorossilano purificado é convertido novamente em silício de altíssima pureza ao reagir com o gás hidrogênio (H2). O resultado desse processo é o polissilício.