Tecnologia PERC: a nova geração de células fotovoltaicas

Se você acompanha o mercado fotovoltaico já deve ter ouvido falar sobre a tecnologia PERC. Os principais fabricantes de módulos fotovoltaicos empregam essa tecnologia nas últimas gerações dos seus produtos, com eficiências que ultrapassam 19%.

Basicamente, a tecnologia PERC consiste em células fotovoltaicas mais finas e fabricadas com uma camada adicional de passivação, que vamos explicar a seguir. Como vantagens, a tecnologia PERC permite obter células fotovoltaicas com menor uso de matéria prima (mais baratas) e de alta eficiência.

Silício cristalino

O silício cristalino (c-Si), nas formas poli ou multicristalina (também conhecida como policristalina) domina o mercado de células fotovoltaicas, com mais de 90% do market share frente às demais tecnologias, incluindo nessas últimas os filmes finos e outros materiais semicondutores.

Grande parte do custo de fabricação de células e módulos fotovoltaicos cristalinos reside no processo de obtenção de wafers de silício. Custos associados à quantidade de matéria prima e ao uso de energia na fabricação de wafers são os grandes vilões da indústria do silício cristalino.

Recentemente ocorreram avanços na fabricação de wafers com a introdução do método de serragem por fios diamantados. Esse método possibilita obter 50% mais wafers do que os métodos tradicionais, com a mesma quantidade de matéria prima.

Isso significa que wafers mais finos podem ser obtidos tipicamente com espessuras menores do que 200 micrômetros (1 micrômetro é igual a 1 milésimo de milímetro). A consequência imediata disso é a redução dos preços das células e dos módulos fotovoltaicos para o mercado consumidor.

Mas nem tudo é perfeito. A redução da espessura das células de silício reduz a eficiência de conversão, uma vez que as taxas de recombinação de elétrons e lacunas tornam-se mais elevadas (assunto que vamos explicar em outro artigo).

Tecnologia PERC

O significado da sigla PERC varia de acordo com a fonte consultada. Autores referem-se a ela como Passivated Emitter Rear Cell, Passivated Emitter Rear Contact ou Passivated Emitter and Rear Cell.

Todas essas denominações têm mais ou menos o mesmo significado. Independentemente do nome utilizado, vamos tentar entender como isso funciona.

A tecnologia PERC representa um grande avanço da indústria além das células cristalinas tradicionais. A tecnologia, entretanto, não é nova – foi desenvolvida há mais de 30 anos na University of South Wales, na Austrália, mas somente agora começou a ser empregada comercialmente.

Durante muito tempo os fabricantes estiveram focados na melhoria dos processos de fabricação das células cristalinas tradicionais e tecnologias como a PERC, por um motivo ou outro, ficaram na geladeira.

O recente interesse pela técnica PERC foi bastante motivado pela competitividade agressiva entre os fabricantes de células e módulos fotovoltaicos.

Fabricantes tentam continuadamente melhorar seus produtos, valendo-se de todos os artifícios e tecnologias possíveis para alcançar eficiências maiores.

Nas figuras a seguir encontramos uma comparação entre as estruturas de uma célula convencional e uma célula PERC. A grande diferença entre as duas é a presença de uma camada de passivação muito fina na parte traseira.

A passivação permite o aumento da eficiência da célula com a redução da velocidade de recombinação de elétrons na superfície do silício.

Além dessa propriedade elétrica, a passivação também tem um efeito óptico que permite a reflexão da luz no fundo da célula, fazendo com que os raios solares passem mais vezes pelo silício, aumentando a captação de energia da radiação solar.

 

A tecnologia PERC tem conquistado grande interesse dos fabricantes mundiais. Somente em 2017 foram fabricados mais de 15 GW de módulos PERC. A razão disso é que uma linha de fabricação de células PERC requer a adição de apenas dois processos às linhas de fabricação de células tradicionais.

Assim, rapidamente e com baixo investimento os fabricantes conseguem fabricar células PERC mais eficientes do que as convencionais de silício cristalino não passivado. O mercado absorveu bem a tecnologia e módulos PERC já são disponíveis comercialmente em larga escala.

Módulos PERC comerciais

Abaixo se encontra um exemplo de produto comercial empregando a tecnologia de células monocristalinas do tipo PERC, simplesmente conhecidas como MONO PERC no mercado. As eficiências vão de 17,7% a 19,2%.

Referências

• Surface Recombination Velocity of Local Al-contacts of PERC Solar Cells Determined from LBIC Measurements and 2D Simulation, Energy Procedia, Volume 92, 2016, p. 82-87
• Surface Passivation of Crystalline Silicon Solar Cells – A Review, PROGRESS IN PHOTOVOLTAICS] RESEARCH AND APPLICATIONS, Volume 8, 2000, p. 473-487
• Advances in surface passivation of c-Si solar cells, Materials for Renewable and Sustainable Energy, 12/2012
• Electric Field Effect Surface Passivation for Silicon Solar Cells, Solid State Phenomena, 205-206, 346, Proceedings of XV GADEST
• Stable Field Effect Surface Passivation of n-type Cz Silicon, Energy Procedia, Volume 38, 2013, p. 816–822
• Momentum builds for HJT, PV Magazine, 09/2017
• Panel predictions 2018, PV Magazine, 11/2017
• Study on PID resistance of HIT PV modules, Photovoltaic Module Reliability Workshop NREL, 2013
• Heterojunction cell technology of Meyer Burger: Production processes and measuring methods, Matthias Seidel, Roth & Rau AG , Hohenstein-Ernstthal, Germany, & Rajesh Ambigapathy, Pasan SA , Neuchâtel, Switzerland
• HETEROJUNCTION TECHNOLOGY THE SOLAR CELL OF THE FUTURE, G. Roters, J. Krause, S. Leu, A. Richter, B. Strahm, Meyer Burger
• Solar Cells and Arrays:  Principles, Analysis, and Design, Abdelhalim Zekry, Ahmed Shaker, Marwa Salem
• Panasonic HIT Heterojunction technology, https://eu-solar.panasonic.net/en/hit-heterojunction-sanyo-panasonic.htm
• PERC cell technology explained, https://www.aleo-solar.com/perc-cell-technology-explained/
• The Passivated Emitter and Rear Cell (PERC): From conception to mass production, Solar Energy Materials and Solar Cells, Volume 143, 2015, p. 190-197