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Panneaux photovoltaïques énergie solaire

Qu'est-ce que le silicium ? Caractéristiques et propriétés

Qu'est-ce que le silicium ? Caractéristiques et propriétés

Le silicium est un minéral élémentaire cristallin grisâtre avec un éclat métallique, très dur, cassant et avec des points de fusion et d'ébullition très élevés. De plus, c'est un semi-conducteur intrinsèque. La forme amorphe de l'élément se présente sous la forme de poudres brunes électriquement conductrices qui peuvent être facilement fondues et vaporisées.

C'est un matériau largement utilisé dans les panneaux photovoltaïques pour ses propriétés semi-conductrices. Ses propriétés physiques et chimiques sont très favorables pour favoriser l'effet dit photovoltaïque.

D'un point de vue biologique, dans certains cas, il a un rôle important et constitue le matériau de base pour la construction de la paroi cellulaire de diverses algues.

La respiration continue de poussière siliceuse provoque une grave maladie pulmonaire, la silicose, chez l'homme.

Silicium dans le tableau périodique

C'est un élément chimique de numéro atomique 14 et de symbole Si. Cet élément chimique appartient au groupe IV A du tableau périodique .

Concernant les propriétés chimiques, nous soulignons les points suivants :

  • Il présente des différences très notables avec le carbone, premier élément du groupe IV A du tableau périodique.

  • Contrairement au carbone, il a une électronégativité beaucoup plus faible.

  • Il a une grande tendance à se combiner avec l'oxygène pour former des structures polymères ou discrètes très stables.

  • Il est essentiellement non métallique

  • Sa réactivité dépend principalement du degré de division.

  • Il agit pratiquement exclusivement avec la valence 4 compte tenu de sa structure électronique.

  • Ses composés sont essentiellement covalents.

Types de silicium cristallin

Il en existe deux types qui dépendent des structures cristallines qu'il forme :

Monocristallin

Le silicium monocristallin est le matériau de base de l'industrie électronique. Il est composé d'un seul cristal de silicium, qui a un réseau cristallin continu, sans interruption dans tout le solide.

La composition monocristalline est également utilisée dans la production de cellules photovoltaïques à hautes performances. Les cellules solaires, contrairement aux microcircuits, peuvent cependant tolérer, dans certaines limites, de petites imperfections structurelles.

Polycristallin

Le silicium polycristallin est un matériau fabriqué à partir de cristaux de silicium mal alignés (polycristallins).

Les structures polycristallines remplacent souvent l'aluminium pour la production de pièces métalliques dans les dispositifs électroniques à semi-conducteurs en raison de l'amélioration de la résistance mécanique du processus de production de circuits intégrés. Il est également utilisé pour conduire des condensateurs dans un environnement intégré.

Le processus de fabrication des structures polycristallines est plus simple.

D'où provient le silicium ?

Le silicium est, après l'oxygène, l'élément le plus abondant dans la croûte terrestre, dont il constitue 26% en poids.

Qu'est-ce que le silicium ? Caractéristiques et propriétésIl est constitué d'un mélange de trois isotopes naturels stables, de masses 28 (92,21 %), 29 (4,70 %) et 30 (3,09 %), qui déterminent un poids atomique de 28,086. Cinq radio-isotopes artificiels de l'élément sont également connus, avec des masses allant de 25 à 32.

Cet élément chimique est largement diffusé dans la nature, et sa présence a été détectée dans le Soleil, dans les étoiles et dans les météorites.

Comment le silicium est-il obtenu ?

L'obtention du silicium se fait par différentes méthodes selon la destination de l'élément. La méthode commerciale la plus importante est la réduction de la silice avec du carbone dans un four électrique.

La préparation de silicium de haute pureté (99,7 %) est obtenue en transformant du silicium impur en tétrachlorure volatil (SiCl4), en le purifiant par distillation et en réduisant ensuite avec du zinc.

En électronique, il est obtenu par purification zonale, pour éliminer le bore, l'aluminium, le phosphore, le gallium, l'arsenic, l'indium et l'antimoine. Par la suite, un monocristal est obtenu par la méthode de Czochralski. Cette méthode consiste à immerger un petit monocristal dans un bain de silicium liquide chauffé à température de fusion et à le retirer lentement pour faire croître le monocristal. Normalement, le dopage du monocristal est réalisé simultanément.

A quoi sert le silicium ?

Le silicium joue un rôle important en électronique, pour la fabrication de dispositifs semi-conducteurs.

Ces semi-conducteurs sont également utilisés dans l'énergie solaire photovoltaïque pour fabriquer des cellules solaires. Ces cellules solaires sont utilisées pour fabriquer des panneaux solaires et convertir l'énergie solaire en électricité.

Les panneaux photovoltaïques peuvent être construits avec du silicium amorphe ou cristallin. Les panneaux solaires d'un type ou d'un autre varient en prix et en efficacité.

En métallurgie, il est utilisé pour la préparation d'aciers spéciaux et d'autres alliages et dans la préparation de divers composés.

Sous forme composée (silicates, silice, silicones), il est utilisé de manière très générale.

Propriétés santé du silicium

Le silicium est l'un des oligo-éléments essentiels présents dans le corps humain dans le cadre du fonctionnement de l'organisme dans les muscles, la peau, les os, le cartilage, les tendons et autres tissus conjonctifs.

Dans l'alimentation, il est inclus dans les aliments naturels riches en silicium. Des suppléments de silicium sont également fabriqués.

Une carence en silicium peut affecter la production de collagène car elle active l'enzyme qui synthétise le collagène, qui est une protéine vitale pour l'élasticité et aide à maintenir une bonne résistance des os et d'autres tissus.

Quels aliments contiennent du silicium ?

Le silicium est présent principalement dans les aliments d'origine végétale, tels que les haricots verts, les fruits et les grains entiers. Certains liquides comme l'eau et d'autres liquides comme le café et la bière peuvent également fournir cet élément.D'autre part, le silicium est un minéral qui peut prendre des formes chimiques très différentes, dont beaucoup sont très difficiles à absorber pour l'organisme. Pour cette raison, de nombreux compléments alimentaires contiennent du silicium organique qui permet au corps de mieux le traiter.

Certains compléments alimentaires contiennent du dioxyde de silicium (E551) comme agent anti-agglomérant pour éviter l'agglutination.

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Date de publication : 13 mai 2015
Dernier examen : 4 octobre 2021