Para alcançar uma maior eficiência de conversão em células FV, é essencial aplicar camadas de passivação de alta qualidade para reduzir a recombinação na superfície, sendo esse um requisito fundamental para o desenvolvimento de células solares de alta eficiência. Como a eficiência de uma célula está diretamente ligada ao seu fator de preenchimento (FF), altas taxas de recombinação, tanto na massa quanto na superfície, podem limitar a tensão de circuito aberto (Voc) e diminuir o fator de preenchimento, resultando em uma eficiência reduzida das células solares.
Para células solares, a eficácia da passivação de superfície é observada em dois níveis: microscopicamente, pela redução da densidade de defeitos e diminuição da recombinação de interface, e macroscopicamente, pelo aumento na vida útil dos portadores minoritários e pela elevação da tensão de circuito aberto (Voc).
Ao longo do desenvolvimento das tecnologias de células solares, desde as primeiras células BSF (Campo Traseiro Passivado) e PERC (Contato Traseiro Passivado por Emissor) até as atuais tecnologias n-type TOPCon (Contato Passivado com Óxido de Túnel) e HJT (Heterojunção), torna-se evidente que a história das células solares é marcada por avanços contínuos em materiais e processos de passivação. Cada inovação e melhoria de eficiência está profundamente ligada à otimização dos materiais e técnicas de passivação.
As primeiras células solares BSF foram passivadas com TiO₂ e, posteriormente, passaram a utilizar SiNx para passivação, embora somente na parte frontal. As células PERC, por outro lado, introduziram passivação traseira com Al₂O₃ e SiNx. No entanto, o processo de metalização e remoção a laser resultou em uma passivação parcial, em vez de uma cobertura total. As células TOPCon, atualmente em produção em massa, utilizam estruturas de contato passivadas na parte traseira com SiO₂ e polisilício. As células HJT, por sua vez, aproveitam as vantagens das tecnologias anteriores, superando suas limitações, ao utilizar o silício amorfo como agente de passivação, com cobertura de área completa, tanto na parte traseira quanto na frontal. Por esta razão, atingem melhores efeitos de passivação e um Voc mais alto. Entre as tecnologias de células solares, as células HJT destacam-se por oferecer o Voc mais alto em produção em massa, ultrapassando uma média de 753 mV, o que as torna as mais eficazes em passivação entre todas as células FV de junção única.
As camadas de passivação das células fotovoltaicas reduzem os defeitos de superfície ao formarem ligações Si-H nas ligações insaturadas dos átomos da superfície do semicondutor. Uma vez saturadas todas as ligações da superfície, reduzem-se as perdas por recombinação dos portadores fotogerados. Isso melhora a eficiência de conversão fotoelétrica e prolonga a vida útil da célula. No entanto, as ligações Si-H são facilmente quebradas pela exposição aos raios UV, levando a uma redução na passivação e, consequentemente, a uma diminuição na eficiência de conversão. Esse fenômeno, conhecido como Degradação Induzida por UV (UVID), é especialmente acentuado em células solares de alta eficiência do tipo n, onde se obtém uma passivação superior. Assim como uma porcelana branca e limpa evidencia a sujeira mais que uma cinza, quanto melhor a passivação, mais perceptível é o impacto da exposição aos raios UV.
Sem ferramentas, sem trabalho – Mitigando Efeitos UV com Filmes de Encapsulamento
Como a tecnologia de junção única mais eficaz em termos de passivação e eficiência, as células HJT são mais suscetíveis aos efeitos da luz UV na camada de passivação em comparação com outras tecnologias. Para mitigar e eliminar esse impacto, cientistas e engenheiros da indústria fotovoltaica geralmente utilizam duas soluções. A primeira consiste no uso de filmes de encapsulamento com corte de UV, que contêm agentes bloqueadores de UV e reduzem a transmitância de UV na faixa de 280–380 nm para cerca de 2%–15%, minimizando efetivamente a quantidade de UV que atinge a superfície da célula solar. Contudo, essa abordagem também diminui a energia da luz incidente, levando a uma menor eficiência de transmissão (CTM) e a maiores perdas de potência.
A segunda solução, que tem ganhado atenção, é o uso de filmes de conversão descendente de UV. Esses filmes podem converter certos comprimentos de onda da luz incidente em outros, substituindo os agentes bloqueadores de UV por agentes de conversão descendente nos filmes de encapsulamento. A equipe de pesquisa da Risen Energy desenvolveu filmes de conversão de UV que reduzem a transmitância de UV na faixa de 280–380 nm para abaixo de 2%, mantendo uma alta transmitância de luz visível. Mais importante ainda, esses filmes convertem a luz UV em luz azul inofensiva. Essa abordagem dupla não apenas protege as células contra danos causados pelo UV, mas também aproveita a energia UV para aumentar a potência do módulo, melhorando a confiabilidade e a eficiência energética em mais de 1% em comparação com os filmes de corte de UV.
Como diz o ditado, “Sem ferramentas, sem trabalho.” A verdadeira maestria está em saber usar a ferramenta de forma eficaz. O filme de conversão descendente de UV é comparável a uma “ferramenta de precisão”, que além reduzir efetivamente os danos por UV em células solares de alta eficiência, também aumenta a potência do módulo. No entanto, dominar o uso dessa ferramenta é essencial para se aproveitar todo o seu potencial.
Domínio na Aplicação de Filmes de Encapsulamento com Conversão Descendente de UV
Em pesquisas e desenvolvimento para aplicação prática, os pesquisadores da Risen Energy descobriram que a concentração do agente de conversão descendente de luz desempenha um papel crucial na estabilidade dos filmes de encapsulamento. Se a concentração cai abaixo de um certo limite, o material degrada-se com o tempo sob exposição acumulada aos raios UV, aumentando a transmitância de UV.
Imagem: Risen
Após extensivos testes e desenvolvimento, a Risen Energy, em colaboração com fornecedores, desenvolveu um encapsulante de conversão descendente de UV altamente estável (conforme mostrado na Figura 1). Após rigorosos testes UV120, o encapsulante manteve uma transmitância UV consistentemente baixa, demonstrando alta estabilidade.
Além dos requisitos técnicos para o próprio filme de encapsulamento, configurar uma Bill of Materials (BOM) ideal para os materiais de encapsulamento também é essencial para aproveitar todo o seu potencial. Por ser uma célula simétrica, com bifacialidade naturalmente superior a 95%, as células HJT, quando encapsuladas em módulos, ainda podem alcançar bifacialidade acima de 85%. Em usinas de energia, o alto fator de bifacialidade dos módulos HJT contribui significativamente para obter uma maior geração de energia. Considerando que o lado traseiro também gera energia, é necessário abordar o impacto do UV no lado traseiro do módulo ao utilizar o filme de conversão descendente de UV na parte frontal. Por meio de extensivos testes e inovações, os pesquisadores da Risen Energy desenvolveram uma solução inovadora, criando um filme de encapsulamento que protege efetivamente o lado traseiro das células solares HJT.
O desenvolvimento e a aplicação bem-sucedidos da solução de conversão descendente de UV da Risen Energy reduziram as perdas de potência decorrentes do encapsulamento com filmes de corte alto, aumentando a saída de potência dos módulos HJT em cerca de 10W. Além disso, essa solução oferece vantagens exclusivas em confiabilidade dos módulos, minimizando significativamente os efeitos dos raios UV nas células solares HJT e garantindo estabilidade a longo prazo em ambientes externos, com menor degradação. Ao redefinir e otimizar o uso de materiais de conversão descendente de UV, os cientistas e engenheiros da Risen Energy transformaram a tecnologia de filmes de encapsulamento com conversão descendente de UV em uma solução de aplicação estável e eficiente, elevando os produtos HJT da Risen de “Hyper-ion” para “Hyper-ion Pro”.
Avançando na Transição para Energia Verde
Como líder global em produtos e soluções fotovoltaicas, a Risen Energy há muito se compromete com a pesquisa, desenvolvimento e produção em massa da tecnologia e produtos HJT. Os módulos Hyper-ion HJT integram anos de conquistas em P&D e são os primeiros na indústria a alcançar a produção em massa de células 0BB, wafers e células ultrafinas, pasta de metalização com consumo de prata inferior a 6 mg/W e tecnologia de interconexão sem stress, chamada de Hyper-link, que desempenha um papel de destaque na produção em massa da tecnologia HJT. No desenvolvimento desta solução de conversão descendente de UV, a Risen Energy redefiniu os materiais de conversão descendente de UV e inovou a metodologia de aplicação, tornando a tecnologia de conversão descendente de UV uma solução estável e eficiente. Acreditamos que isso seja mais um marco para toda a indústria fotovoltaica.
Diante das metas de “duplo carbono” e da transição global para a energia verde, a Risen Energy assume sua responsabilidade social e investe ativamente no desenvolvimento e inovação de tecnologias de energia limpa. Com amplo conhecimento técnico e espírito inovador, a empresa continua a impulsionar o progresso da indústria. Com o valor da tecnologia de heterojunção (HJT) se tornando cada vez mais evidente e avanços constantes tanto em HJT quanto nas tecnologias de encapsulamento associadas, esses produtos HJT de alta eficiência e baixo carbono estão preparados para contribuir significativamente com a transição energética global e a proteção ambiental. Além disso, trazem novos insights e fortalecem o desenvolvimento sustentável da indústria fotovoltaica global.
