Graças às células de silício de alta resistividade, os painéis solares chineses alcançam uma eficiência recorde e ultrapassarão os 584 TWh produzidos em 2024.

A corrida para aumentar a eficiência da energia solar ganha um novo avanço com marca chinesa. Pesquisadores e fabricantes do país asiático conseguiram melhorar o desempenho das células fotovoltaicas por meio de uma otimização crucial no tratamento das placas de silício.

Trata-se de um desenvolvimento que pode contribuir para elevar a produção de energia elétrica sem a necessidade de aumentar a área instalada.

O cenário mundial da energia fotovoltaica

Esta investigação ocorre em um contexto de forte expansão da energia solar em escala global, com a China como ator dominante no setor. De acordo com dados de 2024 da DPV Energy, o país gerou 584 TWh de eletricidade a partir de energia solar fotovoltaica, a maior cifra do mundo. Muito atrás ficam os Estados Unidos, com 238 TWh; a Índia, com 113 TWh; e o Japão, com 110 TWh.

Na Europa, a Alemanha continua sendo o país referência, com 62 TWh, apesar de ter níveis de radiação solar inferiores aos dos países do sul do continente. Sua liderança se deve a políticas de apoio sustentadas ao longo dos anos, como subsídios, incentivos fiscais e tarifas reguladas favoráveis ao autoconsumo e à geração renovável.

O contraste fica evidente no caso da Espanha, um dos países mais ensolarados do mundo, com mais de 300 dias de sol por ano e entre 2.500 e 3.000 horas de radiação solar, mas que ainda não explora todo o seu potencial fotovoltaico.

Novas placas de silício de alta resistividade

Dentro desse cenário de crescimento e competição tecnológica, uma das empresas mais influentes é a LONGi Green Energy Technology, fundada em 2000 e considerada a maior fabricante mundial de produtos de silício monocristalino, a tecnologia atualmente mais eficiente na indústria solar. A empresa estrutura sua atividade em cinco grandes áreas, entre as quais se destacam a produção de placas, células e módulos fotovoltaicos, incluindo os conhecidos painéis da série Hi-MO, utilizados tanto em residências quanto em grandes usinas solares.

O mais recente avanço da LONGi, desenvolvido em parceria com pesquisadores da Universidade Sun Yat-sen, foca em melhorar o desempenho das folhas de silício de alta resistividade. Esse tipo de material oferece vantagens teóricas em termos de eficiência em comparação com as folhas padrão obtidas pelo método Czochralski, que possuem resistividade moderada ou baixa, maior robustez mecânica e melhor tolerância a tensões térmicas, o que facilita seu processamento industrial e reduz o risco de danos durante a fabricação.

No entanto, os testes iniciais revelaram um problema: as placas de alta resistividade tendiam a apresentar um desempenho inferior ao esperado. A análise mostrou que elas operavam com maiores densidades de portadores em excesso no ponto de potência máxima e com gradientes de concentração mais suaves. Esse comportamento reduzia a acumulação de portadores e aumentava sua sensibilidade à recombinação nas bordas.

Na prática, sem um tratamento específico, as bordas da placa atuavam como um ponto de perda de carga, anulando as vantagens teóricas do material.

A solução proposta pela equipe foi a passivação de bordas, um processo que reduz essas perdas e permite controlar a recombinação. Os pesquisadores verificaram que a combinação de alta resistividade e uma passivação eficaz é fundamental para alcançar o desempenho máximo, já que essas pastilhas entram com maior facilidade no regime de injeção de alto nível, uma característica física que favorece fatores de preenchimento mais elevados e, portanto, uma maior eficiência.

Graças a esse controle, as pastilhas podem manter uma coleta de portadores mais eficaz e transformar seu potencial teórico em um desempenho real superior.

Para validar o processo, a equipe fabricou células solares híbridas de contato posterior interdigitado (HIBC) com dimensões de 18,3 centímetros por 9,1 centímetros, utilizando tanto folhas de alta resistividade quanto folhas padrão de Czochralski. A principal diferença do experimento foi que, nas folhas de alta resistividade, as bordas foram deixadas sem nitreto de silício durante a deposição química em fase de vapor, o que fez com que a camada de passivação SiOx/n-poli-Si ficasse exposta e parcialmente removida durante a limpeza química úmida.

O processo completo de fabricação incluiu várias etapas industriais: limpeza química úmida, deposição química por vapor (CVD), difusão de fósforo, deposição por camadas atômicas (ALD), modelagem a laser, deposição física por vapor (PVD), isolamento elétrico e serigrafia.

Posteriormente, as células foram analisadas por meio de um verificador de curvas IV, sistemas de metrologia de placas, microscopia eletrônica de transmissão e ferramentas de simulação.

Os resultados confirmaram o impacto do tratamento: a incorporação de uma passivação eficaz nas bordas melhorou o desempenho tanto nas células de baixa quanto de alta resistividade, embora as melhorias tenham sido significativamente maiores nas últimas.

O avanço, de caráter técnico mas com implicações industriais, reforça a tendência do setor em direção a melhorias incrementais no silício, um material que continua sendo a base de mais de 90 % dos painéis solares do mundo. Em um mercado onde cada fração adicional de eficiência reduz custos e aumenta a produção por metro quadrado, desenvolvimentos como este consolidam a liderança tecnológica da China e aproximam um cenário no qual a energia