Cientistas do Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energia Solar (ISE) conseguiram reduzir o consumo de prata em células solares TOPCon das atuais de 10 a 12 miligramas por watt-pico, em média, para apenas 1,1 mg por watt-pico. Para alcançar essa redução, eles testaram um processo de metalização em linha baseado em eletrodeposição (foto) em sistemas piloto desenvolvidos pela Rena Technologies GmbH. Combinando a estruturação por laser UV ultracurto com a deposição eletroquímica de níquel, cobre e prata, a equipe de pesquisa produziu células solares TOPCon de tamanho M10 com eficiência de 24%. Comparadas às células solares PERC, as células solares TOPCon apresentam maior consumo de prata, o que impõe uma pressão considerável aos fabricantes para a redução.

Embora as células solares de heterojunção de silício e IBC (Interdigitated Back Contact) já sejam metalizadas com sucesso com contatos impressos de prata-cobre ou cobre puro, a metalização de cobre impresso para células solares TOPCon ainda está em fase de testes. Ao mesmo tempo, este é atualmente o tipo de célula mais produzido e o que apresenta o maior consumo de prata. Na nova célula, os contatos de cobre eletrodepositados têm potencial para substituir quase completamente a necessidade de prata nas células solares TOPCon. O níquel atua como uma barreira de difusão contra a migração de cobre para dentro da célula, o cobre conduz a eletricidade e uma quantidade mínima de prata permanece como proteção contra oxidação.

“A chamada eletrodeposição de níquel/cobre poderá se consolidar no mercado fotovoltaico dentro de dois a três anos”, afirma Sven Kluska, líder do grupo de processos eletroquímicos do Fraunhofer ISE. “Isso pode oferecer muitas vantagens para os fabricantes de células solares, mesmo que eles tenham de investir na integração de equipamentos de galvanoplastia em seu processo de produção.”

Trabalhando em consórcio com a fabricante de equipamentos Rena Technologies GmbH, os cientistas demonstraram, nos projetos de pesquisa “EURO” e “SHINE PV”, que a metalização por galvanoplastia é tecnicamente viável e pode ser implementada em escala industrial. Eles metalizaram vários lotes de células solares TOPCon M10 em um sistema de galvanoplastia em linha. A eficiência de 24% atingida corresponde à de células solares de referência, com contatos de prata aplicados pelo processo convencional de serigrafia. Para verificar a baixa resistência de contato e altos fatores de preenchimento, eles demonstraram um fator de preenchimento de 82,1 ±0,3% para um lote de 186 células solares TOPCon. Os módulos solares fabricados com essas células solares demonstraram excelente estabilidade em testes de degradação de acordo com a norma IEC 61215.

“A metalização por eletrodeposição também pode levar a uma dependência significativamente menor em relação à China do que atualmente, no que se refere às pastas de prata para metalização por serigrafia usadas hoje”, disse Florian Clement, chefe do Departamento de Tecnologias de Metalização e Estruturação do Fraunhofer ISE. “Equipamentos e produtos químicos para eletrodeposição de cobre vêm de fabricantes europeus e americanos; existe um mercado global para cobre bruto, sem concentração em fornecedores chineses. Ao mesmo tempo, nós, do Fraunhofer ISE, estamos trabalhando intensamente para estabelecer cadeias de suprimentos europeias resilientes para a metalização por serigrafia à base de cobre.”

No processo de serigrafia, também existe a opção de substituir as pastas de prata por pastas híbridas de prata-cobre ou de cobre puro. No entanto, a implementação em células solares TOPCon é consideravelmente mais difícil em comparação com células solares de heterojunção de silício com uma camada TCO (camada de óxido condutor transparente), que atua como uma barreira de difusão de cobre. É por isso que pesquisadores em todo o mundo também estão desenvolvendo a metalização por eletrodeposição para células solares TOPCon.