Imagens: Divulgação
Pesquisa em desenvolvimento no Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT) aponta uma nova maneira de obter silício grau solar (SiGS), utilizado na confecção de células fotovoltaicas – responsáveis pela transformação de energia solar em energia elétrica. Trata-se da rota metalúrgica, uma alternativa à produção tradicional desse tipo de silício que dará ao Brasil, país não produtor de SiGS, a chance de entrar nesse ramo do mercado.
Há quatro tipos de silício que diferem entre si em relação ao nível de impurezas. O grau metalúrgico é o menos puro, seguido do químico, do solar e, por fim, do grau eletrônico, com maior nível de pureza. Atualmente, a maioria dos países produtores de SiGS utiliza, predominantemente, uma adaptação da rota química para obtê-lo.
As pesquisas do IPT visam traçar uma rota metalúrgica de produção, na qual o silício grau metalúrgico será purificado até alcançar os níveis ideais ao SiGS. “Já temos um resultado bastante interessante. Conseguimos reduzir as impurezas metálicas do grau metalúrgico de 4.000 partes por milhão (ppm) para 60 ppm e já estamos chegando a 10 ppm”, afirma o pesquisador João Batista Ferreira Neto, do Laboratório de Metalurgia e Materiais Cerâmicos. Algumas impurezas, porém, como boro, carbono e fósforo, representam um desafio maior, pois necessitam de etapas de purificação mais complexas. “É o que estamos pesquisando mais a fundo neste momento”, completa.
As etapas de purificação em estudo podem ser divididas em dois tipos de processos: hidrometalúrgicos e pirometalúrgicos. No primeiro, soluções ácidas ou básicas são utilizadas para fazer a remoção das impurezas e o silício é trabalhado em estado sólido, próximo à temperatura ambiente. No segundo são utilizados reagentes sólidos, líquidos ou gasosos – para os quais são transferidas as impurezas – e o silício é trabalhado em estado líquido a temperaturas acima de 1.400 graus.
Nova fase
Após alcançar o teor de pureza desejado, o projeto entrará em uma nova fase: a produção de lingotes de silício – peças de tamanho definido – e, a partir deles, lâminas, que serão caracterizadas quanto à sua capacidade de conversão energética. Tal caracterização é necessária, pois as lâminas são usadas diretamente para a confecção das células solares e, portanto, devem ter as propriedades adequadas a este fim.
O IPT, entretanto, não tem uma equipe responsável pela realização desse tipo de trabalho. Em função disso, fez uma associação com a equipe responsável por células solares do Laboratório de Microeletrônica (LME) da Escola Politécnica da USP. “Fazer apenas a purificação não basta. Precisamos medir as propriedades físicas e esse grupo do LME está nos apoiando e vai nos apoiar nessa caracterização”, explica Ferreira Neto, que esclarece: “Nosso foco é purificação e obtenção de silício de alta pureza. Não temos a pretensão de produzir células solares”.
Tecnologia recente
Uma empresa norueguesa desenvolveu um processo próprio e, desde 2009, produz SiGS por meio da rota metalúrgica. “Ela criou um processo, mas isso não quer dizer que só exista essa técnica. É uma tecnologia em desenvolvimento, não tem nada consolidado”, aponta Ferreira Neto.
O Brasil não é produtor de SiGS, mas pode se inserir nesse mercado por meio da nova rota em decorrência da atual capacidade nacional de produção de silício grau metalúrgico, em torno de 200 mil toneladas ao ano. Além disso, o SiGS tem um valor agregado muito maior: ele é vendido a aproximadamente U$ 50,00 enquanto o metalúrgico é vendido a U$ 1,50.
Segundo Ferreira Neto, a maior parte do SiGS produzido no País seria exportada, pois o mercado brasileiro de energia solar é muito pequeno, ao passo que a demanda mundial é crescente: “O crescimento anual é superior a 30%. Em 2009 foi de 52%”. Os debates em torno da redução da emissão de gases intensificadores do efeito estufa e a busca de energias alternativas explica a maior demanda por SiGS. “Não que a energia solar vá resolver o problema do mundo em alternativas energéticas, mas ela certamente tem uma parcela importante junto com a eólica e a biomassa”, esclarece o pesquisador.
Pesquisa em desenvolvimento no Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT) aponta uma nova maneira de obter silício grau solar (SiGS), utilizado na confecção de células fotovoltaicas – responsáveis pela transformação de energia solar em energia elétrica. Trata-se da rota metalúrgica, uma alternativa à produção tradicional desse tipo de silício que dará ao Brasil, país não produtor de SiGS, a chance de entrar nesse ramo do mercado.
Há quatro tipos de silício que diferem entre si em relação ao nível de impurezas. O grau metalúrgico é o menos puro, seguido do químico, do solar e, por fim, do grau eletrônico, com maior nível de pureza. Atualmente, a maioria dos países produtores de SiGS utiliza, predominantemente, uma adaptação da rota química para obtê-lo.As pesquisas do IPT visam traçar uma rota metalúrgica de produção, na qual o silício grau metalúrgico será purificado até alcançar os níveis ideais ao SiGS. “Já temos um resultado bastante interessante. Conseguimos reduzir as impurezas metálicas do grau metalúrgico de 4.000 partes por milhão (ppm) para 60 ppm e já estamos chegando a 10 ppm”, afirma o pesquisador João Batista Ferreira Neto, do Laboratório de Metalurgia e Materiais Cerâmicos. Algumas impurezas, porém, como boro, carbono e fósforo, representam um desafio maior, pois necessitam de etapas de purificação mais complexas. “É o que estamos pesquisando mais a fundo neste momento”, completa.
As etapas de purificação em estudo podem ser divididas em dois tipos de processos: hidrometalúrgicos e pirometalúrgicos. No primeiro, soluções ácidas ou básicas são utilizadas para fazer a remoção das impurezas e o silício é trabalhado em estado sólido, próximo à temperatura ambiente. No segundo são utilizados reagentes sólidos, líquidos ou gasosos – para os quais são transferidas as impurezas – e o silício é trabalhado em estado líquido a temperaturas acima de 1.400 graus.
Nova fase
Após alcançar o teor de pureza desejado, o projeto entrará em uma nova fase: a produção de lingotes de silício – peças de tamanho definido – e, a partir deles, lâminas, que serão caracterizadas quanto à sua capacidade de conversão energética. Tal caracterização é necessária, pois as lâminas são usadas diretamente para a confecção das células solares e, portanto, devem ter as propriedades adequadas a este fim.O IPT, entretanto, não tem uma equipe responsável pela realização desse tipo de trabalho. Em função disso, fez uma associação com a equipe responsável por células solares do Laboratório de Microeletrônica (LME) da Escola Politécnica da USP. “Fazer apenas a purificação não basta. Precisamos medir as propriedades físicas e esse grupo do LME está nos apoiando e vai nos apoiar nessa caracterização”, explica Ferreira Neto, que esclarece: “Nosso foco é purificação e obtenção de silício de alta pureza. Não temos a pretensão de produzir células solares”.
Tecnologia recente
Uma empresa norueguesa desenvolveu um processo próprio e, desde 2009, produz SiGS por meio da rota metalúrgica. “Ela criou um processo, mas isso não quer dizer que só exista essa técnica. É uma tecnologia em desenvolvimento, não tem nada consolidado”, aponta Ferreira Neto.
O Brasil não é produtor de SiGS, mas pode se inserir nesse mercado por meio da nova rota em decorrência da atual capacidade nacional de produção de silício grau metalúrgico, em torno de 200 mil toneladas ao ano. Além disso, o SiGS tem um valor agregado muito maior: ele é vendido a aproximadamente U$ 50,00 enquanto o metalúrgico é vendido a U$ 1,50.
Segundo Ferreira Neto, a maior parte do SiGS produzido no País seria exportada, pois o mercado brasileiro de energia solar é muito pequeno, ao passo que a demanda mundial é crescente: “O crescimento anual é superior a 30%. Em 2009 foi de 52%”. Os debates em torno da redução da emissão de gases intensificadores do efeito estufa e a busca de energias alternativas explica a maior demanda por SiGS. “Não que a energia solar vá resolver o problema do mundo em alternativas energéticas, mas ela certamente tem uma parcela importante junto com a eólica e a biomassa”, esclarece o pesquisador.
