Pesquisadores da Longi, uma das maiores fabricantes de tecnologia solar da China, publicaram os resultados de um estudo aprofundado sobre os mecanismos físicos da técnica de mascaramento de borda em células solares de alta eficiência. A pesquisa, que visa otimizar a precisão das medições de desempenho em laboratório, demonstra que o mascaramento de borda suprime a recombinação de portadores de carga ao restringir o transporte lateral de elétrons.

O mascaramento de borda é uma técnica laboratorial onde o perímetro de uma célula solar é coberto com um material opaco. Isso impede a iluminação das bordas, reduzindo as perdas por recombinação de elétrons e, consequentemente, aumentando a eficiência de conversão medida. Embora seja amplamente utilizada em testes de recorde de eficiência, especialmente em dispositivos de pequena área, os mecanismos físicos subjacentes não eram totalmente compreendidos até agora.

A Descoberta dos Mecanismos Físicos

A investigação da Longi partiu de uma preocupação prática sobre a forma como as eficiências são mensuradas. Em um estudo anterior sobre células de contato traseiro de alta eficiência, os pesquisadores identificaram que a borda da bolacha de silício era um canal significativo de perda de corrente. O mascaramento dessa borda durante os testes elevou notavelmente a eficiência medida.

Nosso ponto de partida foi uma preocupação prática sobre como as eficiências são medidas. Em um estudo anterior sobre células de contato traseiro de alta eficiência, descobrimos que a borda da bolacha era um canal principal de perda de corrente, e que mascarar a borda durante os testes elevava apreciavelmente a eficiência medida – 26,74% sobre a área total versus 27,09% sobre a área de iluminação designada.

Genshun Wang, pesquisador da Longi

Genshun Wang, um dos pesquisadores da Longi, explicou que trabalhos anteriores tratavam a região mascarada como um simples 'escudo geométrico' ou um 'sumidouro escuro paralelo' em um circuito equivalente, sem aprofundar no nível do transporte de portadores de carga. A nova pesquisa, publicada na revista Solar Energy Materials and Solar Cells sob o título “The influence of edge masking on the optoelectronic performance in back contact silicon solar cells”, esclarece esses pontos.

Os cientistas demonstraram que o mascaramento cria uma região escura e eletricamente resistiva que limita o movimento dos portadores de carga em direção ao perímetro da célula.

Este estudo mostra que o mascaramento impulsiona uma transição de luz para escuro na região mascarada, que se torna uma área escura resistiva e reforça o que chamamos de 'barreira resistiva'. Essa barreira impede o transporte lateral de portadores em direção à borda física, suprimindo assim a recombinação de borda e entregando uma eficiência mais alta.

Genshun Wang, pesquisador da Longi

Otimização e Limitações da Técnica

A equipe de pesquisa também explorou a possibilidade de melhorias adicionais no desempenho da célula através de alterações no layout da metalização. O modelo desenvolvido pelos pesquisadores sugere que remover a metalização na área mascarada, uma técnica chamada 'metalização seletiva', pode cortar o caminho restante ao longo da grade e isolar a carga de borda escura, resultando em ganhos tanto no fator de preenchimento (fill factor) quanto na voltagem de circuito aberto (open-circuit voltage).

No entanto, Wang enfatizou que essa abordagem é destinada à caracterização laboratorial e não à fabricação comercial. A metalização seletiva adiciona complexidade ao processo de produção, e a área mascarada não gera energia, o que diminui a utilização da área total da célula. Na prática, é um método de teste de laboratório que, ao remover a contribuição da borda, permite que outros fatores de perda sejam avaliados de forma mais confiável.

Resultados e Recomendações

Através de suas análises, os pesquisadores da Longi constataram que o mascaramento do perímetro da célula reduz as perdas por recombinação de borda e melhora a eficiência de conversão de energia, principalmente por meio de um aumento no fator de preenchimento. O efeito foi mais pronunciado em células sem passivação de borda, que apresentaram uma melhoria de eficiência de aproximadamente 0,2 pontos percentuais.

Os experimentos identificaram uma largura de mascaramento ideal de 5 mm. Máscaras mais largas, de 10 mm e 15 mm, reduziram a eficiência devido ao aumento da área inativa e às perdas elétricas associadas. Os pesquisadores também observaram que a densidade de corrente de curto-circuito aumentou inicialmente com a largura do mascaramento, enquanto a voltagem de circuito aberto diminuiu.

Utilizando simulações com o software Quokka 3, a equipe demonstrou que o mascaramento cria uma transição de uma região iluminada e condutiva para uma área escura e resistiva perto do perímetro da célula. Isso fortalece uma barreira resistiva que restringe o transporte lateral de portadores em direção à borda física, suprimindo assim as perdas por recombinação. Simulações adicionais revelaram que os portadores ainda podem alcançar a região mascarada através das linhas da grade metálica, limitando os ganhos de eficiência. Para resolver isso, os pesquisadores propuseram a remoção seletiva da metalização da área mascarada para isolar eletricamente a borda.

A equipe de pesquisa incluiu cientistas do campus de Shenzhen da Universidade Sun Yat-sen, na China.

O que isso significa para a região

Embora a técnica de mascaramento de borda seja atualmente uma ferramenta de laboratório e não uma tecnologia de produção comercial, as descobertas da Longi são cruciais para o avanço da pesquisa e desenvolvimento em energia solar. Ao aprofundar a compreensão dos mecanismos de perda em células solares, os cientistas podem projetar futuras gerações de painéis mais eficientes. Para o Norte Pioneiro do Paraná, uma região com crescente interesse em energia solar, a busca por maior eficiência nas células é fundamental. Melhorias na tecnologia, mesmo que inicialmente em nível de pesquisa, podem levar a produtos comerciais mais robustos e eficientes no futuro, impactando positivamente a viabilidade e o retorno do investimento em sistemas fotovoltaicos na região.

Leitura da LZ7 Energia

A pesquisa da Longi, embora focada em técnicas laboratoriais, é um exemplo da constante inovação no setor de energia solar. A compreensão aprofundada dos mecanismos de perda em células fotovoltaicas é essencial para o desenvolvimento de painéis solares cada vez mais eficientes e duráveis. Para consumidores e empresas no Norte Pioneiro do Paraná, isso significa que o futuro da energia solar promete equipamentos com desempenho superior, capazes de gerar mais eletricidade por metro quadrado e com menor degradação ao longo do tempo. Na LZ7 Energia, acompanhamos de perto esses avanços para garantir que nossos clientes tenham acesso às melhores tecnologias disponíveis, otimizando seus investimentos e contribuindo para uma matriz energética mais sustentável e econômica para a região.

Fonte: PV Magazine — Solar global — matéria original publicada em pv-magazine.com. Imagens e vídeos: PV Magazine — Solar global. Texto apurado e reescrito pela redação da LZ7 Energia.