Análisis de la resistencia mecánica de obleas UMG multicristalinas

Llorente Alonso-Carriazo, María Ángela (2019). Análisis de la resistencia mecánica de obleas UMG multicristalinas. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Industriales (UPM).

Description

Title: Análisis de la resistencia mecánica de obleas UMG multicristalinas
Author/s:
  • Llorente Alonso-Carriazo, María Ángela
Contributor/s:
  • Barredo Egusquiza, Josu
Item Type: Final Project
Degree: Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales
Date: February 2019
Subjects:
Faculty: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Department: Ingeniería Mecánica
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

Una de las energías renovables con más potencial es la energía solar fotovoltaica, que aprovecha la radiación solar transformándola directamente en energía eléctrica mediante el efecto fotovoltaico. Esta es una energía limpia, renovable, infinita y silenciosa, que no necesita de combustible ni genera residuos. Además, requiere de poco mantenimiento y sus paneles tienen una larga vida. En España, uno de los países de Europa con más irradiación solar, destaca el poco uso que se realiza de ella, donde el principal obstáculo es su elevado precio. Por consiguiente, uno de los grandes intereses para el desarrollo de esta energía es la reducción de su coste. La energía solar fotovoltaica se basa en las células fotovoltaicas, formadas por dos o más capas delgadas de material semiconductor. Cuando el semiconductor se expone a la luz, se generan cargas eléctricas y estas son evacuadas como corriente continua a través de contactos de metal. Existen distintos tipos de células fotovoltaicas, pero en el pasado y actualmente, las que dominan en el mercado por su buen rendimiento y madurez tecnológica son las células de silicio cristalino, representando el 80% de esta energía. Dentro de la tecnología de silicio cristalino, existen las células solares monocristalinas y multicristalinas, la diferencia entre estas, como su propio nombre indica, es que el silicio usado para la fabricación de las células monocristalinas está formado por un único grano, mientras que las multicristalinas están formadas por múltiples granos. Esto conlleva a una mejor eficiencia de las primeras sobre las segundas, pero a su vez a un mayor coste. El proceso de fabricación de estas obleas está compuesto por 6 pasos principales: obtención de bloques de silicio, fabricación del lingote, corte de obleas, fabricación de células, unión en paneles y formación de sistema fotovoltaico. En las células de silicio cristalino, el silicio usado clásicamente es el denominado silicio de grado solar o electrónico y se caracteriza por tener un grado de pureza muy alto, del 99,99999999%. Este silicio se obtiene a partir del silicio de grado metalúrgico, el cual tiene una pureza que ronda el 98% y cuya obtención es muy barata. Para alcanzar tan altos grados de pureza se emplean procesos que requieren grandes cantidades de energía donde la mayoría producen residuos químicos y son discontinuos, dificultando la producción en masa. Por estas razones, estos procesos encarecen en gran medida la producción de paneles solares y es la principal causa de los altos costes de esta energía. Como alternativa al silicio de grado solar se encuentra el silicio de grado metalúrgico mejorado, más conocido por sus siglas en inglés, silicio UMG (Upgraded Metalurgical Grade). Este silicio tiene una pureza de alrededor del 99,999% y se obtiene a partir del silicio de grado metalúrgico realizando una combinación de métodos metalúrgicos, donde cada método tiene como objetivo eliminar determinados tipos de impurezas. De este modo, la reducción de pureza del silicio, con el consecuente abaratamiento de los procesos, viene acompañada por una beneficiosa reducción de costes. Sin embargo, la reducción en pureza del silicio puede afectar a la eficiencia de la célula fotovoltaica. Mediante la aplicación de distintas técnicas, como la disposición en tándem de células, se pueden compensar estas pérdidas y conseguir rendimientos equivalentes y superiores a los conseguidos con las células clásicas. El silicio obtenido, tanto UMG como de grado solar, es generalmente empleado para la elaboración de lingotes a partir de los cuales se obtienen las obleas. El método de elaboración del lingote depende del tipo de célula que se desee fabricar a partir de él, es decir, depende de si la célula a fabricar es monocristalina, multicristalina, policristalina o amorfa. Para la obtención de silicio monocristalino el método más extendido es el Czochralski y en cuanto a los lingotes de silicio multicristalino se emplean los métodos de colada. A continuación, se procede al corte de los lingotes en obleas, estas obleas deben ser finas tanto para poder aprovechar el lingote al máximo como para facilitar el movimiento de los electrones en la unión p-n. Este proceso de corte crea daños en la superficie de la oblea, por lo que es necesario someterlas a tratamientos de adelgazamiento para eliminar estos daños y limpiar la superficie. El silicio es un material frágil que presenta una estructura cristalina basada en la red cubica centrada en las caras análoga a la del diamante. El silicio multicristalino, dado que los múltiples granos están orientados aleatoriamente presenta un comportamiento isótropo macroscópicamente, en cambio esto no sucede en el silicio monocristalino, que presenta direcciones más resistentes a la rotura debido a su estructura cristalina. Una vez estudiada la tecnología solar fotovoltaica, y en concreto la del silicio cristalino, se establece como objetivo de este Trabajo de Fin de Grado estudiar la resistencia mecánica del silicio UMG multicristalino.

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Item ID: 54470
DC Identifier: http://oa.upm.es/54470/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:54470
Deposited by: Biblioteca ETSI Industriales
Deposited on: 01 Apr 2019 06:45
Last Modified: 28 May 2019 22:30
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