Reciclaje de polvo de silicio para reducir los residuos de los paneles solares
Las obleas de silicio, unos semiconductores ultradelgados que se utilizan para fabricar los paneles solares, se obtienen a base de cortar grandes lingotes de silicio en discos finísimos. Ahora bien, este proceso industrial genera muchos residuos, llegando a mermar hasta un cincuenta por ciento la materia prima —cuyo valor es muy elevado— en forma de polvo fino de silicio durante la operación de aserrado. Un equipo de investigadores financiado por la UE estudió, en el marco del proyecto SIKELOR, métodos que permitiesen reciclar dicho polvo de silicio y de esta manera reducir los residuos de una industria que ya se halla presionada por los fabricantes de bajo coste de fuera de Europa. «El espesor de la oblea de silicio es del orden de diez a veinte micrómetros, y el grosor del hilo de aserrar es casi igual. Esto quiere decir que la mitad del material se desperdicia debido al aserrado», explica el coordinador del proyecto Sven Eckert, físico perteneciente al Centro Heimholtz de Dresde-Rossendorf. El objetivo principal de este equipo, compuesto por investigadores tanto del mundo académico como de la industria, fue desarrollar un proceso único que permitiese compactar y fundir este residuo de silicio tan costoso y separar las impurezas del mismo para poder utilizarlo de nuevo en la fabricación de paneles solares. «Las impurezas disminuyen la eficiencia de los paneles solares. Lo que se desea es conseguir materiales muy depurados al final del proceso de reciclado», aclara el Dr. Eckert. Compactación y fusión En primer lugar, el equipo de investigación desarrolló un proceso que permitiese compactar el polvo fino en pellas. Pero esto «no es tan sencillo», avisa el Dr. Eckert, puesto que las partículas diminutas crean un riesgo de explosiones muy peligrosas, y no resultan tan fáciles de compactar. La empresa italiana http://www.garbosrl.net/index.htm GARBO, participante en este proyecto y especializada en la purificación de silicio reciclado, tiene una gran experiencia en la producción segura de este tipo de pellas. Sin embargo, las partículas de carbono presentes en el polvo generan pequeñas partículas sólidas de carburo de silicio que aparecen como residuo durante el proceso de fusión, y es necesario eliminarlas, manteniendo al mismo tiempo una tasa de oxidación lo más baja posible en la superficie del polvo de silicio para evitar la formación de dióxido de silicio. El equipo del proyecto utilizó el calentamiento por inducción para fundir las pellas y eliminar las impurezas. El campo magnético de alta frecuencia que se aplica provoca un movimiento en el caldo electroconductor, de manera que la mezcla se remueve eficazmente y así se reduce el contenido en oxígeno del caldo. «La fusión es un método favorable para desoxidar, pero si hay carburo de silicio en el caldo, entonces hace falta un campo magnético de alta frecuencia, convenientemente ajustado, para realizar la purificación», afirma el Dr. Eckert. Las impurezas de carburo de silicio son expulsadas y depositadas en los costados del crisol durante esta fase, de donde se pueden retirar. Reducción de las mermas en los lingotes de silicio El silicio, utilizado en las células fotovoltaicas, es relativamente eficiente a la hora de convertir energía proveniente de la luz solar en electricidad. «La mayor parte del consumo energético de la fabricación se invierte en la propia producción del silicio, del cual una cantidad grande merma en forma de polvo de corte», añade el Dr. Eckert. Mediante el proceso desarrollado por los científicos que participaron en este proyecto, dicha merma, que inicialmente equivale a alrededor del cincuenta por ciento del lingote de silicio, se ve reducida a entre un 5 y un 10 % tan solo, lo cual supone un ahorro considerable que permitirá aumentar la competitividad de la industria fotovoltaica europea. Se construyó una instalación en la Universidad de Padua, en Italia, para realizar experimentos que permitiesen demostrar la fiabilidad de esta tecnología antes de iniciar el traslado del proceso a la escala industrial.
Palabras clave
SIKELOR, residuos de silicio, energía solar, energía, reciclado
