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o silício é o segundo elemento mais abundante na terra depois do oxigênio. O silício é geralmente encontrado em grandes depósitos como quartzito, como um silicato em dióxido de silício (SiO2). Embora essas fontes sejam geralmente misturadas com outros elementos (como o ferro) e, portanto, impuras, o silício como recurso natural é altamente abundante.

a produção e purificação de polissilício é o primeiro passo no processo de fabricação para produzir células solares convencionais de silício. A fabricação de polissilício começa com uma redução carbotérmica de SiO2. O quartzito, a fonte de SiO2, é misturado com carbono proveniente de materiais como carvão, coque (combustível), grafite ou madeira—em um forno elétrico de arco submerso. Aqui, os eletrodos no forno que fornecem uma corrente trifásica aquecem a mistura até aproximadamente 2000 °C, fazendo com que o SiO2 se reduza ao silício fundido. Na superfície da fusão, as temperaturas são geralmente mais baixas (aproximadamente 1600 °C) e os reagentes são reduzidos para formar carboneto de silício (SiC),

SiO2 + 3C → SiC + 2Co(g) (1)

neste processo de destilação, o SiC e SiO2 descem para as partes mais baixas e quentes do forno. Nas regiões mais baixas, onde as temperaturas são mais altas (> 1780 °C), SIC e SiO2 reagem, resultando em silício elementar e gás monóxido de carbono,

SiO2 + 3sic → 3Si + 2Co(g) (2)

este fundido de silício fundido mais pesado é descarregado através do fundo do forno. Este silício é aproximadamente 98% puro e denominado silício de grau metalúrgico (MGS). Outras reações que ocorrem simultaneamente no forno tornam o processo auto-suficiente. Na parte inferior da fornalha, residual de SiO2 e a SiC também reagem para formar monóxido de carbono e monóxido de silício,

SiO2 + SiC → SiO(g) + 2CO (3)

resultante de silício de monóxido de carbono e monóxido de gases de subir de volta à superfície, onde eles se misturam para produzir dióxido de silício e carbono, que são reciclados como reagentes na Eq. 1.

para produzir polissilício de maior pureza, o MGS precisa ser purificado ainda mais. Neste processo, o MGS é primeiro moído em uma forma em pó. Este pó é então injetado em um reator de leito fluidizado em alta pressão e velocidade. O ácido clorídrico anidro (HCl) também é injetado no reator junto com um catalisador, formando uma série de clorossilanos e outros cloretos. O mais importante composto formado neste processo é o triclorossilano (SiHCl3),

Simgs + 3HCL → 3SiHCl3 + H2 (4)

Através de destilação fracionada, o triclorossilano gás é separado do hidrogênio e do HCl gasoso através de um filtro na parte superior do reator. O gás é então preparado para o processo Siemens. Em um reator Siemens, os eletrodos de grafite passam a corrente através de um núcleo de silício em forma de U (semente). O triclorossilano é injetado no reator e sofre redução de hidrogênio em um processo semelhante à deposição química de vapor (DCV) para formar silício sólido e ácido clorídrico gasoso. O polissilício sólido deposita e cresce em torno da semente de silício. Uma vez concluído o processo, o núcleo em forma de U e o polissilício são extraídos. O polissilício resultante também é conhecido como silício de grau eletrônico com uma pureza de 9n (99,999999999% Si) e dividido em pedaços menores prontos para a produção de lingotes.

uma curta animação do processo é mostrada abaixo.

B. S. Xakalashe and M. Tangstad, “Silicon processing: from quartz to crystalline silicon solar cells,” South. Pirometalurgia Africana Int. Conf., nao. Março, pp. 1-18, 2011.