Painéis Solares de Heterojunção (HJT)

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.

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.

O Que São Células Solares de Heterojunção (HJT)?

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.

Operador manuseando células solares de silício em ambiente industrial, durante o processo de fabricação de painéis fotovoltaicos.

Este custo mais baixo e a 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.

Origem e Estrutura em Sanduíche

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, e 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 Chave da Tecnologia de Heterojunção

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

• Maior Eficiência: Elas fornecem maior eficiência quando comparadas às células solares cristalinas padrão. Já existem células HJT que alcançaram eficiências acima de 25% em nível de laboratório.
• Melhor Desempenho em Alta Temperatura: 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.
• Bifacialidade Intrínseca: Elas já são bifaciais, pois tanto a parte superior quanto a inferior consistem em células solares amorfas, permitindo a captação de luz refletida.

Cenário de Mercado e Evolução

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 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 instaladas 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.

A Tecnologia de Heterojunção de Silício (HJT) utiliza camadas ultrafinas de silício amorfo depositadas a baixa temperatura sobre pastilhas finas de silício monocristalino, formando o emissor e o campo de superfície traseira (BSF), o que resulta em alta eficiência, alcançando até 24,4% e potência de 6,69 W por célula.

HJT no Futuro da Energia Solar

A tecnologia HJT é um avanço significativo que combina o melhor do silício cristalino e amorfo para atingir eficiências recordes. O seu desempenho superior em altas temperaturas e a bifacialidade intrínseca a tornam ideal para diversas aplicações, desde pequenos telhados até grandes parques solares, representando uma peça chave na evolução da energia fotovoltaica global.

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