Fraunhofer cria uma célula solar bifacial TOPCon com 23,84% de eficiência e 90% menos prata

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Pesquisadores do Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energia Solar ISE, na Alemanha, tentam há vários anos reduzir o uso de prata – uma das principais preocupações da indústria fotovoltaica – na metalização de células solares TOPCon, para as quais contam com quantidades menores do metal precioso é crucial para reduzir os custos de fabricação e ganhar mais participação de mercado.

Recentemente, um grupo de cientistas do instituto alemão usou contatos à base de níquel galvânico (Ni), cobre (Cu) e prata (Ag) em vez dos contatos de prata usuais para fabricar uma célula TOPCon bifacial tipo n que, segundo se afirma, atinge maior eficiência do que suas contrapartes com contatos de prata impressos, reduzindo o consumo de prata em 90%. “Mesmo na produção industrial, essa metalização galvânica permite economias significativas de prata sem comprometer a eficiência”, diz o pesquisador Sven Kluska.

Projetada para metalização serigrafada, a célula foi fabricada com um emissor de boro de nível industrial na face frontal texturizada e passivada por uma célula de óxido de alumínio/nitreto de silício (AlOx/SiNx). A face posterior foi feita com uma camada TOPCon com um óxido tunelado e uma camada de poli-Si tipo n altamente dopada que é coberta por uma camada de SiNx.

“O processo de galvanização combina duas etapas de galvanoplastia de um único lado de uma pilha de Ni/Cu/Ag posteriormente em cada lado”, disseram os cientistas referindo-se à técnica de galvanização usada. “O Ni e o Cu foram fornecidos pelo Grupo Atotech, enquanto o eletrólito Ag é idêntico ao apresentado pela Grübel.”

A face traseira do TOPCon é inicialmente revestida usando um processo de pré-tratamento de ácido fluorídrico (HF) projetado para remover camadas de óxido nativas e induzidas por laser dentro da abertura de contato do laser (LCO). Em uma segunda etapa, uma pilha de Ni-Cu é depositada por revestimento induzido por luz (LIP) e finalizada com um revestimento de imersão de Ag.

O desempenho da célula revestida, que possui área total de 268 cm2, foi comparado ao de um aparelho similar que passou por metalização serigrafada. O dispositivo alcançou uma eficiência de conversão de energia de 23,84%, uma tensão de circuito aberto de 709 mV, uma corrente de curto-circuito de 40,9 mA cm-2 e um fator de preenchimento de 82,2%. A célula serigrafada apresentou eficiência de 23,46%, tensão de circuito aberto de 708 mV, corrente de curto-circuito de 40,4 mA cm-2 e fator de preenchimento de 82,0%.

Ao reduzir a largura do LCO e adaptar o número de dedos, os contatos revestidos se beneficiam de larguras de contato mais estreitas, até 5,5 μm, permitindo um ganho de corrente de curto-circuito de quase 0,5 mA/cm2, explicaram os acadêmicos. “Não havia indicação de que a largura do LCO afetasse a adesão do contato. A otimização do pré-tratamento de HF antes do processo de revestimento mostrou uma melhoria na resistividade dos contatos que permitiu que o fator de preenchimento se estabilizasse acima de 82% apesar de as geometrias de contato serem menores que as das referências serigrafadas.»

A célula e o processo de fabricação correspondente são descritos no artigo “Progress of plated metallization for industrial bifacial silicone TOPCon silicon solar cells, publicado na “Progress in Photovoltaics.” A metalização de revestimento parece ser um candidato adequado para metalizar células solares i-TOPCon com alta eficiência que excedem a metalização de referência impressa em tela”, concluem os cientistas.