Da edição 24/12-25/01 da pv magazine
O crescimento recente na fabricação de energia solar trouxe à tona a preocupação sobre a disponibilidade de certos materiais na escala necessária para que as instalações solares atinjam qualquer ponto próximo das metas globais de 2030. O principal dos materiais em questão é a prata. Um estudo de 2021 da University of New South Wales estimou que o consumo atual de prata limitaria a indústria solar global a 227 GW de fabricação de células de contato passivado por óxido de túnel (TOPCon), menos da metade dos até 568 GW de demanda global por energia fotovoltaica que a InfoLink Consulting previu para 2025.
Que a energia solar acabaria enfrentando limitações no fornecimento de prata é algo que se sabe há muito tempo. Com a prata também entre os materiais mais caros na produção de células, há muito incentivo para encontrar uma alternativa. Muitos foram sugeridos, mas o processo bem estabelecido e otimizado de serigrafia usando pasta de prata provou ser difícil de suplantar.
Quando formados em uma pasta para serigrafia, outros materiais não têm a condutividade da prata. Os processos de galvanoplastia permitem o uso de cobre puro, potencialmente alcançando uma condutividade ainda melhor do que com pasta de prata. Essa abordagem provou ser difícil de implementar na fabricação sem causar danos às frágeis células de silício, mas as condições de mercado em 2024 trouxeram à tona a necessidade de uma alternativa à prata. A JXTC está introduzindo um processo de galvanoplastia de cobre que, segundo ela, evita o risco de danos às células durante o processamento. A empresa também afirma que pode demonstrar a velocidade e a uniformidade necessárias para a produção em larga escala.
Um dos fundadores da Xianghuan trabalhou anteriormente na fabricante de células e módulos Suntech, que começou a explorar a galvanoplastia de cobre já no início dos anos 2000. Junto com outros, ele continuou a desenvolver a tecnologia, chegando ao processo de “metalização horizontal de cobre de dupla face” (HD Plate) que a empresa agora está procurando introduzir aos fabricantes de energia solar.
O processo é descrito em um artigo publicado no periódico Progress in Photovoltaics. A JXTC diz que já montou uma linha piloto de 300 MW e anunciou recentemente que fornecerá ferramentas a um fabricante não identificado para um projeto de fabricação de 1 GW. Lu Wang, que apresentou a tecnologia da JXTC na European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition (EU PVSEC) em setembro de 2024, explicou que usar rolos em vez de prender as células no lugar durante o processamento levou a uma taxa de quebra de células muito menor. “As pastilhas de silício são frágeis, principalmente porque estão ficando maiores e mais finas”, disse Wang. “Com nosso processo, não precisamos nos preocupar com a quebra da pastilha e podemos revestir qualquer tipo de célula, incluindo TOPCon, heterojunção, contato posterior e outros.”
A empresa australiana BT Imaging também desenvolveu um método para monitorar o processo de galvanoplastia e garantir a qualidade e a confiabilidade das células revestidas de cobre.
Resultados dos testes
Nos testes, a empresa fabricou células solares TOPCon de 182 mm. Como a galvanoplastia não pode ser realizada na camada superior de nitreto de silício, as células foram primeiro tratadas com um laser de pulso ultracurto para abrir a camada ao longo das regiões a serem revestidas. Ambos os lados da célula foram então simultaneamente revestidos com níquel e depois cobre, com o processo oferecendo a capacidade de regular separadamente as condições de galvanoplastia das superfícies frontal e traseira da célula.
Essas células atingiram uma eficiência média de conversão de luz de 26,26%. Os dedos revestidos de cobre também atenderam aos padrões da indústria para resistência mecânica, passando pelo requisito mínimo de 0,8 Newtons (N) e registrando uma resistência média de 2,5 N, ligeiramente acima da média de 2,47 N para células de controle fabricadas usando serigrafia.
Wang também disse que, como o revestimento permite dedos mais finos do que os obtidos com a serigrafia, otimizações adicionais devem ser capazes de atingir um desempenho ainda melhor, com os dedos mais finos tendo menor resistência em série e deixando mais área de célula ativa exposta à luz solar.
Indo para o mercado
Wang estimou o custo atual da metalização de células usando prata para fabricantes chineses em CNY 0,08 (US$ 0,01)/W e disse que com a HD Plate, a empresa deve ser capaz de reduzir isso para CNY 0,03/W. “E isso é desde o início, com escala de produção em massa, acho que podemos ir ainda mais baixo”, disse ele.
Por enquanto, a JXTC está focada em seu projeto de 1 GW, que Wang disse que será construído até o final de 2024 e totalmente acelerado até março de 2025. Ele também disse que a empresa está em estreita comunicação com fabricantes de células de nível 1 na China e está confiante de que a demanda começará a aparecer à medida que o processo se provar em escala.
Wang também está interessado em olhar além da China para outros mercados para estabelecer a fabricação de PV globalmente. Ele observa que a produção de cobre vem com uma pegada de carbono inerentemente menor do que a prata, outra vantagem potencial para produtores em regiões como a Europa que estão implementando limites nas emissões da indústria. Wang também destacou que, como um novo processo, a HD Plate poderia ajudar os fabricantes de células a evitar problemas de propriedade intelectual com a produção de células TOPCon.
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