Pesquisadores do Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE (Fraunhofer ISE) desenvolveram recentemente uma nova abordagem tecnológica capaz de reduzir drasticamente o consumo de prata na fabricação das células solares do tipo TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact). A inovação utiliza um processo de metalização baseado em eletrodeposição, diminuindo a utilização do metal precioso para apenas 1,1 mg/Wp, um corte de aproximadamente dez vezes em comparação aos níveis atuais da indústria global.
De acordo com informações da PV Magazine, as células solares que dominam a produção de silício cristalino atualmente consomem muito mais prata do que tecnologias anteriores, como o sistema PERC. Este cenário técnico torna a indústria fotovoltaica extremamente vulnerável à volatilidade dos preços internacionais do minério, que têm se mantido em patamares bastante elevados nos últimos meses e afetado os custos das operações no setor de energias renováveis.
Como funciona o novo processo de metalização nas células solares?
A nova estratégia adotada pela equipe de pesquisadores baseia-se em um processo híbrido de construção dos painéis. O método combina a estruturação a laser ultravioleta de alta precisão com a deposição eletroquímica de metais. Durante o procedimento físico e químico, o níquel atua como uma barreira de difusão eficiente para impedir a migração indesejada do cobre diretamente para o silício da matriz principal.
Por sua vez, o cobre assume a condução elétrica primária da engrenagem, o que libera a prata para ser utilizada em menor escala. Com essa configuração inovadora, o metal precioso fica restrito a uma camada de cobertura muito fina, destinada unicamente à proteção sistêmica contra os processos de oxidação decorrentes da exposição ambiental do material.
Para testar a viabilidade prática do conceito, os cientistas realizaram implementações em sistemas piloto por meio de uma colaboração direta com a RENA Technologies GmbH. Os testes utilizaram equipamentos modernos de galvanoplastia em linha e foram aplicados em células padrão de formato M10. Os resultados laboratoriais demonstraram uma eficiência de 24%, índice que acompanha rigorosamente o desempenho elétrico das células convencionais impressas em tela que utilizam as tradicionais pastas de prata em sua composição. Além disso, os pesquisadores registraram excelentes fatores de preenchimento na casa dos 82,1%.
Quais são os impactos dessa inovação para a indústria fotovoltaica?
A viabilidade técnica e financeira em escala industrial foi atestada sob o escopo prático dos grandes projetos de pesquisa europeus EURO e SHINE PV, nos quais vários lotes paralelos da tecnologia TOPCon foram processados simultaneamente. Os módulos geradores produzidos a partir destas novas unidades passaram com amplo sucesso nos rigorosos testes de confiabilidade estabelecidos pela norma de controle IEC 61215, evidenciando uma estabilidade completamente comparável às matrizes energéticas que já operam e dominam o mercado global.
Embora a eletrodeposição de contatos metálicos não seja uma novidade absoluta na geração de energia fotovoltaica — sendo largamente explorada em células de heterojunção (HJT) e de contato traseiro interdigitado (IBC) —, a aplicação no padrão TOPCon apresenta desafios de engenharia singulares. O principal obstáculo técnico reside na ausência natural de camadas de óxido condutor transparente no formato, o que exige respostas complexas como as intercamadas de níquel idealizadas com ineditismo pelo instituto de pesquisa alemão.
Quando a tecnologia poderá chegar ao mercado de energia comercial?
A simples substituição gradativa da matriz principal de materiais oferece enormes vantagens estratégicas para toda a cadeia logística global. O setor diminui significativamente a sua dependência perigosa do fornecimento de prata, que historicamente sofre com uma concentração geográfica limitante, e passa a se beneficiar da amplitude do mercado comercial de cobre, muito mais diversificado.
Apesar dos inegáveis avanços científicos alcançados, a ampliação comercial de toda a infraestrutura da tecnologia ainda enfrenta gargalos operacionais e também obstáculos financeiros. Os principais desafios a serem superados pelos engenheiros englobam os seguintes fatores cruciais para a indústria de energia renovável:
- A necessidade latente de volumosos investimentos iniciais de capital corporativo para conseguir integrar as complexas ferramentas de galvanoplastia de alta precisão diretamente nas linhas mecânicas de produção que já existem nas fábricas convencionais.
- A manutenção rigorosa e constante da uniformidade estrutural e da repetibilidade de todo o fluxo de processamento durante a etapa mais intensa de fabricação operada em larga escala industrial em diferentes polos fabris ao redor do mundo.
- A perfeita adequação material e elétrica com os sistemas de fabricação de altíssimo rendimento em tempo real, que por sua vez sempre vão demandar rotinas rigorosas de velocidade contínua e precisão comercial milimétrica.
Diversos estudos universitários paralelos ainda seguem em pleno andamento com o objetivo principal de encontrar maneiras viáveis de reduzir o uso ostensivo do metal precioso também na tradicional indústria de serigrafia, englobando a testagem sistemática de pastas híbridas contendo misturas ou até opções que utilizem o cobre puro em sua base estrutural. A expectativa consolidada dos principais cientistas do projeto atual é de que a técnica de metalização híbrida alcance a implantação comercial completa nas concessionárias no curto prazo de dois a três anos.
