A linhagem de células fotovoltaicas, descreve a “árvore genealógica” tecnológica que liga as primeiras células solares comerciais, às gerações mais recentes.
Ao longo das últimas sete décadas, pesquisadores têm refinado materiais semicondutores, processos de dopagem e arquiteturas de camadas, para aumentar a eficiência de conversão da luz em eletricidade.
Entender essa evolução é crucial para instaladores, projetistas e investidores, pois as decisões sobre qual célula adotar, monocristalina PERC, TOPCon, HJT ou células perovskitas de última geração, impactam rendimento energético, custo nivelado de eletricidade (LCOE) e perspectivas de reciclagem.
No decorrer deste artigo, examinamos como cada “ramo” contribuiu para o avanço do setor, e quais caminhos despontam no horizonte, oferecendo um panorama claro, livre de jargões excessivos e de fácil assimilação.
Apesar de parecer um conceito estritamente técnico, a adoção da linhagem de células, não se limita a laboratórios: ela influencia no preço final do quilowatt-hora solar, que chega ao consumidor.
Da transição do silício policristalino, para o silício monocristalino de alta pureza, até a incorporação de contatos posteriores passivados e absorvedores tandem, cada salto na linhagem converte-se em painéis mais potentes, instalados nos telhados e em grandes usinas.
Se você trabalha com energia fotovoltaica, ou pretende investir no setor, compreender essa árvore evolutiva, ajuda a identificar módulos mais confiáveis, iniciativas de P&D promissoras e tendências regulatórias, que afetam garantias de desempenho ao longo de 25 anos ou mais.
1. Raízes históricas: da célula de silício simples aos processos P-type
Os primeiros painéis lançados em 1954 pela Bell Labs, usavam silício monocristalino P-type de aproximadamente 6 % de eficiência, um marco que abriu todo o campo fotovoltaico.
Ao longo das décadas de 1970 e 1980, melhorias em controle de impurezas e em técnicas de crescimento Czochralski, permitiram cristais mais uniformes, elevando eficiências para a casa dos 14 %.
- Por que isso importa?
- Menor impureza aumentou vida útil de portadores de carga.
- A popularização reduziu custo por watt, tornando viável a aplicação em satélites, e depois, em residências.
Com o tempo, o silício P-type encontrou limites de recombinação intrínseca. Foi aí que surgiram métodos de passivação de superfície e contato seletivo, pavimentando o caminho para a próxima geração.
2. O salto para o silício N-type e a era PERC
Nos anos 1990, pesquisadores australianos apresentaram a célula N-type. A arquitetura inverteu a polaridade do wafer, reduzindo defeitos associativos ao boro e à luz (LID).
Entretanto, a mudança massiva de mercado, só ocorreu com a introdução da tecnologia PERC (Passivated Emitter and Rear Cell), que adicionou uma camada dielétrica, refletora na face posterior.
Essas inovações trouxeram benefícios claros:
- Aumento de eficiência: módulos PERC comerciais atingem 21 %–23 %.
- Melhor desempenho em baixa irradiância, crucial para países tropicais com dias parcialmente nublados.
- Custo incremental baixo em relação à linha de produção existente, acelerando a adoção.
Hoje, PERC domina o mercado, mas já enfrenta sucedâneos que prometem suplantá-la no curto prazo.
3. TOPCon: a otimização dos contatos
TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) surge como refinamento direto da célula N-type. Ela intercala um óxido ultrafino e uma camada policristalina, dopada entre o silício e o metal, criando um contato que permite o fluxo de elétrons com perdas mínimas.
Além de empurrar as eficiências laboratoriais acima de 26 %, TOPCon, que oferece melhor estabilidade térmica, característica valiosa em regiões de alta temperatura ambiente.
Para fabricantes, a migração exige apenas ajustes nas fornalhas, e etapas adicionais de deposição química de vapor (CVD). Isso significa que linhas PERC, podem ser convertidas de maneira gradual, sem grandes investimentos de capital, fator decisivo para os próximos anos.
4. HJT e os híbridos amorfos-cristalinos
A Heterojunction (HJT) combina um wafer de silício cristalino, com camadas finas de silício amorfo intrinsecamente passivado.
Esse design reduz drasticamente recombinação na junção, resultando em coeficiente de temperatura até 40 % menor que o de PERC.
Apesar de custos de produção ainda elevados, (uso de ITO e metalização dupla-face), as eficiências de módulo já superam 24 %. Fabricantes japoneses e europeus utilizam-no, para módulos bifaciais premium, meta que deve se tornar comum, conforme o preço do indium se estabilizar.
5. Perovskitas e células tandem: o próximo galho
Pesquisas recentes mostram que perovskitas híbridas, podem ser depositadas em baixas temperaturas, permitindo fabricação roll-to-roll sobre substratos flexíveis.
Quando acopladas em tandem acima de silício ou CIGS, elas capturam comprimentos de onda que o silício não absorve eficientemente.
Protótipos tandêmicos já ultrapassaram 33 % de eficiência laboratoriais. Desafios, porém, permanecem: degradação por umidade e escala industrial. Se resolvidos, a descendência tecnológica, poderá redefinir o limite teórico da linhagem fotovoltaica.
6. Tendências de mercado e escolhas práticas
Para profissionais que especificam projetos:
- Curto prazo (até 2027):
- PERC continuará competitivo em custo-benefício.
- TOPCon ganhará participação devido à eficiência superior.
- Médio prazo (2028-2030):
- HJT bifacial se tornará padrão em usinas onde área é limitada e albedo é alto.
- Células tandem silício-perovskita iniciarão comercialização.
- Longo prazo (após 2030):
- Domínio provável das arquiteturas multijunção flexíveis, viabilizando novas aplicações, de veículos a fachadas ativas.
Conclusão
A trilha evolutiva das células fotovoltaicas, mostra uma sequência de saltos incrementais, algumas vezes disruptivos, que juntos dobraram a eficiência comercial, e derrubaram o preço por watt em mais de 90 %, desde a década de 1970.
Ao conhecer essa linhagem, profissionais podem alinhar expectativas de performance, planejar atualizações de plantas existentes, e avaliar riscos de obsolescência.
No fim, a história da linhagem fotovoltaica, é acima de tudo, um caso de inovação contínua, a serviço de um futuro energético mais limpo e acessível.
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