Pesquisadores do Instituto Nacional de Energia Solar (INES) da França – uma divisão da Comissão Francesa de Energias Alternativas e Energia Atômica (CEA) – desenvolveram uma nova técnica de interconexão de módulos fotovoltaicos baseada no uso de adesivos eletricamente condutores (ECA) com teor mínimo de prata (Ag), fitas de cobre (Cu) e uma pasta de metalização Ag-Cu.
“Avaliamos três formulações diferentes de ECA, garantindo sua compatibilidade com fitas revestidas por diferentes materiais condutores, como Ag, cobre e estanho misturado com prata”, disse o principal autor da pesquisa, Rémi Monna, à pv magazine. “Descobrimos que os ECAs com baixo teor de prata podem superar os ECAs da geração anterior, demonstrando maior desempenho e confiabilidade.”
No estudo “Use of Cu ribbons and Cu-Ag HJT cell metallization on ECA-based interconnection for PV modules“, publicado em Solar Energy Materials and Solar Cells, Monna e seus colegas explicaram que seus testes foram conduzidos em uma célula solar de heterojunção de junção traseira (HJT) baseada em um wafer de Czochralski tipo N M2 e mini-módulos com 8 meias células que foram fabricadas usando encapsulante de elastômero de poliolefina (POE).
As camadas de células foram depositadas por meio da tecnologia de impressão de estêncil em vez da tecnologia de serigrafia. O primeiro foi escolhido devido às vantagens que oferece para a reprodutibilidade do depósito ao longo do tempo, disseram os pesquisadores. Os módulos foram testados seguindo a norma IEC 61215 em envelhecimento por Calor Úmido (DH) e Ciclos Térmicos (TC).
“Os parâmetros elétricos são medidos após 100, 200, 400 e 600 TC com um foco específico no fator de preenchimento do módulo e na imagem de eletroluminescência para revelar possíveis aumentos de resistência em série e falhas de interconexão”, observa o artigo. “O teste de descascamento tem sido usado para qualificar a adesão de fitas de interconexão à metalização de células solares.”
A análise demonstrou que as células e módulos metalizados à base de prata apresentaram degradações abaixo de 2% após 3000 h de DH, enquanto nas células à base de cobre a degradação da umidade se materializa após 2000 h, um valor que os acadêmicos descreveram como “semelhante” ao dos módulos com células metalizadas totalmente de prata.
Além disso, os cientistas descobriram que a mudança da metalização de células Ag para a metalização de Ag-Cu reduziu a quantidade total de prata no módulo, sendo necessária uma quantidade total de prata de 14 mgAg/W. Eles também verificaram que o uso de prata pode ser reduzido em até 26% quando ECAs de baixo teor de Ag são usados em combinação com fitas de cobre.
“Realizamos uma análise inicial e preliminar de custos. Um estudo mais detalhado ainda precisa ser realizado em colaboração com nossos parceiros, levando em consideração as características do produto, os volumes de produção planejados e outras características específicas das linhas industriais”, explicou Monna. “A implementação dessa inovação requer um trabalho conjunto com os fabricantes de equipamentos, principalmente para as etapas de serigrafia e interconexão, bem como com os fornecedores de materiais. A grande maioria desses parceiros está sediada na Europa, o que é um trunfo.”
Monna também afirmou que o INES está planejando testar essa inovação em linhas de produção reais. “Estamos trabalhando em estreita colaboração com a 3Sun em questões relacionadas à redução do uso de prata em módulos”, disse ele. “Além disso, algumas das inovações que estamos desenvolvendo também podem ser transferidas para outras tecnologias de células e, portanto, são potencialmente de interesse para outros fabricantes.”
Em janeiro, a INES e a fabricante italiana de módulos solares de heterojunção 3Sun, uma unidade da Enel, alcançaram uma eficiência de conversão de energia de 30,8% para uma célula solar de perovskita-silício em tandem de dois terminais.
Eles também desenvolveram em conjunto rastreadores de ponto de potência máxima (MPPT) DC/DC e alcançaram uma classificação de eficiência de conversão de energia de 24,47% para uma célula solar de silício de heterojunção tipo P dopada com gálio em março de 2022.
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