Análisis de la resistencia mecánica de obleas UMG multicristalinas

Una de las energias renovables con mas potencial es la energia solar fotovoltaica, que aprovecha la radiacion solar transformandola directamente en energia electrica mediante el efecto fotovoltaico. Esta es una energia limpia, renovable, infinita y silenciosa, que no necesita de combustible ni genera residuos. Ademas, requiere de poco mantenimiento y sus paneles tienen una larga vida. En Espana, uno de los paises de Europa con mas irradiacion solar, destaca el poco uso que se realiza de ella, donde el principal obstaculo es su elevado precio. Por consiguiente, uno de los grandes intereses para el desarrollo de esta energia es la reduccion de su coste. La energia solar fotovoltaica se basa en las celulas fotovoltaicas, formadas por dos o mas capas delgadas de material semiconductor. Cuando el semiconductor se expone a la luz, se generan cargas electricas y estas son evacuadas como corriente continua a traves de contactos de metal. Existen distintos tipos de celulas fotovoltaicas, pero en el pasado y actualmente, las que dominan en el mercado por su buen rendimiento y madurez tecnologica son las celulas de silicio cristalino, representando el 80% de esta energia. Dentro de la tecnologia de silicio cristalino, existen las celulas solares monocristalinas y multicristalinas, la diferencia entre estas, como su propio nombre indica, es que el silicio usado para la fabricacion de las celulas monocristalinas esta formado por un unico grano, mientras que las multicristalinas estan formadas por multiples granos. Esto conlleva a una mejor eficiencia de las primeras sobre las segundas, pero a su vez a un mayor coste. El proceso de fabricacion de estas obleas esta compuesto por 6 pasos principales: obtencion de bloques de silicio, fabricacion del lingote, corte de obleas, fabricacion de celulas, union en paneles y formacion de sistema fotovoltaico. En las celulas de silicio cristalino, el silicio usado clasicamente es el denominado silicio de grado solar o electronico y se caracteriza por tener un grado de pureza muy alto, del 99,99999999%. Este silicio se obtiene a partir del silicio de grado metalurgico, el cual tiene una pureza que ronda el 98% y cuya obtencion es muy barata. Para alcanzar tan altos grados de pureza se emplean procesos que requieren grandes cantidades de energia donde la mayoria producen residuos quimicos y son discontinuos, dificultando la produccion en masa. Por estas razones, estos procesos encarecen en gran medida la produccion de paneles solares y es la principal causa de los altos costes de esta energia. Como alternativa al silicio de grado solar se encuentra el silicio de grado metalurgico mejorado, mas conocido por sus siglas en ingles, silicio UMG (Upgraded Metalurgical Grade). Este silicio tiene una pureza de alrededor del 99,999% y se obtiene a partir del silicio de grado metalurgico realizando una combinacion de metodos metalurgicos, donde cada metodo tiene como objetivo eliminar determinados tipos de impurezas. De este modo, la reduccion de pureza del silicio, con el consecuente abaratamiento de los procesos, viene acompanada por una beneficiosa reduccion de costes. Sin embargo, la reduccion en pureza del silicio puede afectar a la eficiencia de la celula fotovoltaica. Mediante la aplicacion de distintas tecnicas, como la disposicion en tandem de celulas, se pueden compensar estas perdidas y conseguir rendimientos equivalentes y superiores a los conseguidos con las celulas clasicas. El silicio obtenido, tanto UMG como de grado solar, es generalmente empleado para la elaboracion de lingotes a partir de los cuales se obtienen las obleas. El metodo de elaboracion del lingote depende del tipo de celula que se desee fabricar a partir de el, es decir, depende de si la celula a fabricar es monocristalina, multicristalina, policristalina o amorfa. Para la obtencion de silicio monocristalino el metodo mas extendido es el Czochralski y en cuanto a los lingotes de silicio multicristalino se emplean los metodos de colada. A continuacion, se procede al corte de los lingotes en obleas, estas obleas deben ser finas tanto para poder aprovechar el lingote al maximo como para facilitar el movimiento de los electrones en la union p-n. Este proceso de corte crea danos en la superficie de la oblea, por lo que es necesario someterlas a tratamientos de adelgazamiento para eliminar estos danos y limpiar la superficie. El silicio es un material fragil que presenta una estructura cristalina basada en la red cubica centrada en las caras analoga a la del diamante. El silicio multicristalino, dado que los multiples granos estan orientados aleatoriamente presenta un comportamiento isotropo macroscopicamente, en cambio esto no sucede en el silicio monocristalino, que presenta direcciones mas resistentes a la rotura debido a su estructura cristalina. Una vez estudiada la tecnologia solar fotovoltaica, y en concreto la del silicio cristalino, se establece como objetivo de este Trabajo de Fin de Grado estudiar la resistencia mecanica del silicio UMG multicristalino.