A indústria fotovoltaica está sempre explorando processos de fabricação inovadores, novos materiais, células solares e projetos de módulos para maximizar o desempenho do dispositivo e reduzir o custo de energia final. Uma das tecnologias mais recentes que está encontrando seu caminho no mercado de painéis solares de consumo são as células solares de heterojunção e mais fabricantes estão começando a implantar essa tecnologia em seus produtos.

As células solares de heterojunção combinam duas tecnologias diferentes em uma célula: uma célula de silício cristalino imprensada entre duas camadas de silício amorfo de “película fina”. Isso permite um aumento na eficiência dos painéis e uma maior captação de energia quando comparada aos painéis solares convencionais de silício. O tipo mais comum de painéis solares é feito com silício cristalino – monocristalino ou policristalino. O silício amorfo é o silício de película fina, ao contrário do silício cristalino, o silício amorfo não tem uma estrutura cristalina regular. Em vez disso, os átomos de silício são ordenados aleatoriamente. Como resultado, a fabricação desse tipo de célula solar é menos dispendiosa.

Este custo mais baixo e flexibilidade no tipo de materiais em que o silício amorfo pode ser depositado são algumas vantagens importantes. Com células solares de heterojunção, uma pastilha de silício cristalino convencional tem silício amorfo depositado em suas superfícies frontal e traseira. Isso resulta em algumas camadas de película fina solar que absorvem fótons extras que, de outra forma, não seriam capturados pelo wafer de silício cristalino do meio. O conceito de produção HJT foi desenvolvido pela SANYO Electric na década de 1980 (a SANYO foi adquirida pela Panasonic em 2009). A SANYO foi a primeira empresa a produzir comercialmente células solares feitas de silício amorfo. A tecnologia solar de heterojunção tira vantagem disso, construindo um painel solar com três camadas diferentes de material fotovoltaico.

As camadas superior e inferior são compostas por células solares amorfas de película fina, a camada do meio é uma célula solar cristalina. A película fina de silício no topo captura um pouco da luz do sol antes de atingir a camada cristalina e também captura um pouco da luz do sol que se reflete nas camadas abaixo. É muito fino, então grande parte da luz do sol passa direto e a luz do sol que passa pelo meio, ou seja, a camada cristalina é absorvida pela fina camada amorfa que está abaixo. Ao construir um painel de um sanduíche de três camadas fotovoltaicas diferentes, um painel solar de heterojunção pode atingir eficiências de 21% ou mais. Isso é comparável a painéis que usam tecnologias diferentes para obter alto desempenho. A figura abaixo representa uma célula solar HJT típica.

Figura 1: Célula solar HJT Fonte: Stein et al, (2021).

Conforme mostrado na figura acima, é uma célula HJT típica com uma célula cristalina do tipo n no meio, imprensada entre silício amorfo na frente e atrás.

Vantagens da tecnologia de heterojunção

As principais vantagens das células solares de heterojunção sobre as células cristalinas padrão são

  • Elas fornecem maior eficiência quando comparados às células solares cristalinas padrão. Já existem células HJT que alcançaram eficiências acima de 25% em nível de laboratório.
  • Elas têm coeficientes de baixa temperatura, ou seja, podem funcionar melhor em temperaturas operacionais mais altas. a obtenção de um coeficiente de baixa temperatura é de fato um fator crucial para o sucesso de um determinado tipo de módulo. Coeficientes de temperatura próximos a -0,3% significam que as células HJT sofrem menos perda de desempenho ao longo de seus ciclos.
  • Elas já são bifaciais, pois tanto a parte superior quanto a inferior consistem em células solares amorfas.

A eficiência dos painéis heterojuncionais atualmente no mercado varia de 19,9% a 21,7%. A figura abaixo indica as diferentes tecnologias de células disponíveis no mercado. BSF refere-se ao campo da superfície posterior, que i = tem uma região altamente dopada na superfície posterior das células solares. Hoje em dia, houve uma mudança de células solares cristalinas BSF para PERC para melhorar a eficiência. As caixas cinza na figura representam a proporção de células solares HJT. Foi previsto pelo International Technology Roadmap for Photovoltaic que até 2029 a participação no mercado de painéis HJT aumentaria em mais de 20%.

Roadmap para energia fotovoltaica

Foi previsto que, no final desta década, as células HJT de pequeno porte poderiam atingir 28% em laboratório, o que é bastante próximo da eficiência teórica das células solares. (Shockley – limite Queisser de 30% – o limite fundamental absoluto para células solares cristalinas). Esta tecnologia está muito mais madura e pode competir com as células solares PERC que estão disponíveis no mercado mais particularmente em custo e em ambientes quentes / úmidos. Estima-se que o crescimento do mercado para a tecnologia HJT será muito mais rápido do que para os tipos de células tradicionais e as células solares HJT serão prontamente instaladas em telhados, graças à sua maior eficiência celular. Como já são bifaciais, também podem ser instalados em parques solares do tamanho de um megawatt. HJT é uma tecnologia atraente e essa tecnologia já pode ser melhor do que as tecnologias TOPCON, PERT, PERC em termos de eficiência.

Célula solar de silício monocristalino de 6 polegadas com eficiência de conversão de 25,09%

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