Um novo processo de metalização reduz a demanda por prata dos módulos em 30%

O Fraunhofer ISE trabalhou com empresas de tecnologia alemãs para melhorar o processo de metalização em células solares de silício. O resultado pode reduzir significativamente os custos do módulo.

Vista do interior de uma máquina de serigrafia. Imagem: Fraunhofer ISE / Dirk Mahler

O Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energia Solar (ISE) colaborou com o Centro de Avaliação de Tecnologia Fotovoltaica para melhorar o processo de serigrafia usado para aplicar dedos de prata em células solares de silício.

O processo de metalização de linhas finas testado em laboratórios no sul da Alemanha permite uma largura de dedo inferior a 19 µm e uma altura de 18 µm em uma única etapa de impressão, em comparação com os atuais 30 µm. Os pesquisadores dizem que sua inovação poderia reduzir o consumo de prata dos módulos em 30%, um número que teria ramificações significativas nos custos gerais de fabricação.

Imagem do microscópio eletrônico de varredura da superfície da seção transversal de um dedo de contato impresso em tela fina. Imagem: Fraunhofer ISE. Imagem: Fraunhofer ISE

“Em colaboração com os parceiros do setor na metalização de serigrafia de linhas finas, em particular com os fabricantes de serigrafia Koenen GmbH e Murakami Co Ltd, bem como com o fornecedor de produtos químicos para serigrafia Kissel + Wolf GmbH, alcançamos reduza a largura dos dedos de contato para menos de 20 micrômetros, o que significa uma redução de 30 a 40% em comparação com o padrão atual do setor ”, disse Andreas Lorenz, gerente de projetos do grupo de tecnologia de impressão Fraunhofer ISE

Os dedos mais finos não apenas reduzem o teor de prata, mas também melhoram as propriedades elétricas, disse a equipe. Quando uma nova tecnologia de impressão é usada com uma tecnologia mais moderna de 8 a 15 barramentos, as perdas de energia nos dedos de contato são significativamente reduzidas.

Um dedo se abrindo em uma malha fina. Imagem: Fraunhofer ISE / Koenen GmbH

A equipe também usou uma nova tela de malha fina para o processo de metalização das células de contato solar do emissor passivo (PERC) em duas séries independentes. Para o experimento PERC, o Fraunhofer ISE usou parâmetros de tela ideais e "uma largura nominal de dedo de 24 µm devido à limitação do número disponível de barramentos na célula solar (neste caso, cinco)". O instituto afirmou que a célula PERC com melhor desempenho no experimento teve uma eficiência de conversão de 22,1%.

"Com o uso de sistemas de triagem e colagem altamente projetados para a metalização de linhas finas, seria possível começar a fabricar células solares com dedos de contato quase invisíveis em escala industrial em um futuro próximo", disse Florian Clement, diretor de tecnologia da produção no departamento de estruturação e metalização do instituto. "Isso representaria uma grande vantagem para aplicações em energia fotovoltaica integrada, onde são necessárias superfícies estéticas e homogêneas do módulo".

A quantidade de prata necessária para produzir pasta condutora de prata para a frente e a traseira da maioria das células fotovoltaicas pode ser reduzida em quase metade até 2028, de uma média de 130 mg por célula em 2016 para aproximadamente 65 mg, de acordo com o Relatório de papel prateado na Revolução Verde, publicado pela CRU Consulting em nome do Instituto Silver.

Demanda de prata

Os autores do relatório explicaram que a quantidade de prata usada na fabricação de células solares já havia diminuído de 400 para 130 mg entre 2007 e 2016. Os autores previram que a produção de células aumentaria de 4,7 W atualmente para 6 W para 2030, contribuindo para uma redução de 10,5 mg no uso de prata por watt.

A necessidade de reduzir o uso de prata foi ilustrada pelos resultados do relatório World Silver Survey de 2019 publicado pelo The Silver Institute. Segundo a pesquisa, os preços da prata cresceram 7% no ano passado, depois de aumentar 4% em 2017. Essa tendência, segundo o instituto, foi reduzida para registrar um crescimento na demanda no setor fotovoltaico.

O projeto de metalização Fraunhofer ISE foi financiado pelo Ministério Federal de Economia e Energia da Alemanha. Resultados mais detalhados da colaboração de pesquisa com Koenen, Kissel + Wolf e Wickon Hightech GmbH foram prometidos na feira PVSEC da UE em Marselha na próxima semana, e na PVSEC em Xi'an, China, no início de novembro.

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