Formação da macrossegregação de carbono no silício durante a solidificação direcional ou decantação de carbonetos. - Ribeiro, Tiago Ramos (2013)
As energias renováveis têm ganhado destaque como possíveis soluções para a questão da matriz energética mundial. Dentre as diferentes alternativas está a energia solar. As células fotovoltaicas são produzidas majoritariamente com silício metálico de alta pureza que é produzido tradicionalmente por um processo químico de alta complexidade e custo. Alternativas vêm sendo desenvolvidas para produção deste material, sendo a rota metalúrgica uma delas. Nesta rota parte-se de um silício de menor pureza e removem-se as impurezas através de operações metalúrgicas. Um dos elementos a serem removidos é o carbono, que está majoritariamente presente precipitado na forma de carboneto de silício (SiC). Visando o estudo da formação da macrossegregação de partículas de SiC em Si, ensaios de solidificação em um forno do tipo Bridgman com diferentes velocidades de extração e diferentes diâmetros de molde foram realizados. Ensaios para verificar o efeito de decantação destas partículas na macrossegregação também foram conduzidos. Nos ensaios de solidificação, os resultados mostram que um aumento da velocidade de extração do molde para fora da região quente do forno resulta em uma estrutura de grãos menos alinhada na direção axial dos lingotes cilíndricos. Adicionalmente, o aumento do diâmetro do lingote também possui um efeito na macroestrutura, dependo da velocidade de extração. A macrossegregação de carbono para o topo do lingote é mais severa quanto menor for a velocidade de extração e maior for a direcionalidade dos grãos. Esta macrossegregação é causada pelo empurramento das partículas de SiC pela interface sólido/líquido. A decantação de partículas de SiC causou macrossegregação de C para a base dos lingotes de Si, porém menos acentuada que aquela observada nos ensaios de solidificação direcional. A alteração do período de tempo reservado no experimento para ocorrência da decantação de uma para seis horas não influenciou significativamente a macrossegregação. Para um mesmo tempo de processo, a solidificação direcional a uma velocidade de extração de 5 µm/s resultou em uma maior macrossegregação de carbono do que aquela observada após decantação, apresentando um maior potencial para a remoção do carbono contido no silício.