Le silicium polycristallin est un matériau constitué de silicium cristallin (polycristallin) mal aligné. Il occupe une position intermédiaire entre le silicium amorphe, dans lequel il n'y a pas d'ordre à longue portée, et le silicium monocristallin.
Le silicium polycristallin a un niveau d'impureté de 1 partie par milliard ou moins.
À quoi sert le silicium polycristallium?
Le silicium polycristallin est principalement utilisé dans l'industrie électronique et dans l'énergie solaire photovoltaïque.
1. Énergie photovoltaïque
Ce type de matériau est très important pour la production des cellules photovoltaïques et l'énergie solaire et les énergies renouvelables en général.
Le silicium polycristallin est également utilisé dans des applications particulières, telles que les modules photovoltaïques. Il existe principalement deux types de panneaux photovoltaïques qui peuvent être en silicium monocristallin ou polycristallin.
Les panneaux solaires polycristallins utilisent des cellules en silicium polycristallin. D'autre part, les panneaux solaires monocristallins utilisent des cellules en silicium monocristallin. Le choix d'un type de panneau ou d'un autre dépendra de la performance que l'on souhaite obtenir et du budget.
2. Électronique
Ce matériau a des caractéristiques métalliques discrètes. Il remplace souvent l'aluminium pour la production de pièces métalliques dans les dispositifs électroniques à semi-conducteurs en raison de la résistance mécanique améliorée du processus de production de circuits intégrés.
Il est également utilisé pour fabriquer des condensateurs dans un environnement intégré: les plaques métalliques sont en polysilicium, tandis que l'oxyde de silicium rend le diélectrique interposé entre les plaques.
En électronique, il peut être obtenu avec des techniques moins sophistiquées et moins coûteuses que celles nécessaires au dépôt de silicium. Le silicium polycristallin peut également être obtenu lors des processus de fabrication du silicium.
Panneaux photovoltaïques polycristallins
Les cellules polycristallines ont une efficacité qui varie de 12 à 21%.
Ces cellules solaires sont fabriquées en recyclant des composants électroniques mis au rebut, c'est-à-dire les «chutes de silicium», qui sont refondues pour obtenir une composition cristalline compacte.
Ces résidus de silicium sont fondus à l'intérieur d'un creuset pour créer un composé homogène qui est ensuite refroidi de manière à générer une cristallisation qui se développe verticalement.
On obtient alors un pain d'environ 150-200 kg qui est ensuite découpé verticalement en lingots parallélépipédiques. Avec une autre coupe, cette fois horizontale, on obtient des coupes d'épaisseur similaire à des plaquettes monocristallines. Dans ce cas également, les plaquettes sont nettoyées avec une connexion soude, puis dopées au phosphore pour la réalisation des jonctions PN.
Comment le silicium polycristallin est-il produit?
La plupart du silicium polycristallin du monde est produit sous la forme de tiges cylindriques grises avec une surface dendritique rugueuse. En général, les tiges sont divisées en fragments, qui sont emballés dans des sacs propres en polyéthylène épais (5 à 10 kg).
Les tiges éclatées ont la forme d'une coquille, semblable aux plis des matériaux amorphes. La découpe d'une tige de polysilicium est généralement étudiée en contrôlant la qualité du silicium produit et en analysant le déroulement du processus technologique.
Au centre de la barre se trouve une "graine" de mono ou de polysilicium. Auparavant, les graines étaient obtenues en extrayant de l'atmosphère du polysilicium de qualité électronique.
La pureté et la résistivité électrique du germe ont une influence décisive sur la pureté de la tige polycristalline finale.
De la graine perpendiculaire à la génératrice, des cristallites compactes en forme d'aiguilles courtes germent, avec une section inférieure à 1 mm. Avec une vitesse de sédimentation élevée, les grains de silicium polycristallin commencent souvent à croître de manière dendritique. Au cours du processus, les dendrites peuvent même former des croûtes squameuses.
Qualité du silicium polycristallin
La qualité et la pureté de ce polysilicium sont généralement inférieures.
La production en lit fluidisé est plus avantageuse en raison d'ordres de grandeur de dépôts de surface plus importants et, par conséquent, d'une consommation plus complète du mélange réactionnel.
D'autre part, ledit silicium contient une certaine quantité de matériau amorphe et de fines particules provenant du revêtement du réacteur.
En général, le silicium granulaire présente un degré de pureté nettement inférieur à celui du silicium obtenu par dépôt sur des barres fixes. Il est le plus souvent utilisé pour la production moins exigeante de verre de qualité solaire, c'est-à-dire pour la construction de panneaux solaires polycristallins.