Células solares de heterojunção são um avanço recente no mercado de PV que estão abordando desvantagens comuns de módulos padrão. Elas reduzem a recombinação e melhoram o desempenho em climas quentes. Venha, vamos explorar mais sobre elas.
Células solares de heterojunção e tecnologia
Essas células também são conhecidas como heterojunções de silício (SHJ) ou painéis solares de heterojunção com camada fina intrínseca (HIT). Trata-se de um grupo de células solares HJT que utilizam tecnologia fotovoltaica avançada.
Não se confunda com a tecnologia de heterojunção. Essas células são construídas sobre um substrato de silício monocristalino do tipo N e possuem camadas de silício amorfo não dopado (ia-Si:H) depositadas sobre ele, o que melhora sua eficiência e desempenho.
Essas células são feitas de três materiais principais:
1. Silício cristalino (c-Si) – Os painéis solares convencionais utilizam esse material para construir células solares de homojunção. Existem dois tipos: silício policristalino e silício monocristalino. No entanto, o silício monocristalino é o único considerado para células solares HJT devido à sua maior pureza e eficiência.
2. Silício amorfo (a-Si) – O componente chave para essas células solares é o silício amorfo hidrogenado (a-Si:H), que é hidrogenado para corrigir defeitos de densidade. Esse material é mais fácil de dopar e possui um bandgap maior.
3. Óxido de índio e estanho (ITO) – É o material escolhido para a camada de óxido condutor transparente (TCO) nessas células solares, enquanto pesquisadores exploram alternativas para reduzir custos. A refletividade e a condutividade do ITO o tornam um contato e camada externa ideais para essas células solares.
Classificação de células solares de heterojunção
A dopagem diferencia essas células solares em células do tipo n e do tipo p:
- As células do tipo N usam pastilhas de c-Si dopadas com fósforo que fornecem elétrons adicionais para carga negativa e os tornam resistentes à redução de eficiência induzida por boro-oxigênio.
- Células do tipo P dopadas com boro são mais adequados para aplicações espaciais devido à sua resistência à radiação espacial, fornecendo à célula um elétron a menos que a carrega positivamente.
Princípio de funcionamento da célula solar de heterojunção
Essas células solares utilizam três camadas de materiais absorventes, combinando técnicas de película fina e fotovoltaicas tradicionais. Quando a luz solar atinge esses painéis, inicia o efeito fotovoltaico, que converte fótons em eletricidade.
O principal processo de trabalho do HJT envolve:
- A luz solar estimula os elétrons na junção PN da camada absorvedora, movendo-os para a banda de condução e formando pares elétron-lacuna (eh).
- O terminal ligado à camada dopada com P coleta elétrons estimulados e gera eletricidade que flui através da carga.
- Após passar pela carga, o elétron retorna ao contato traseiro da célula e se recombina com uma lacuna para completar o procedimento de um par eh específico.
Esse processo ocorre continuamente à medida que os módulos geram eletricidade . Os módulos fotovoltaicos de silício cristalino (c-Si) padrão têm limitações de eficiência devido à recombinação superficial, que ocorre quando elétrons e lacunas se recombinam sem contribuir para o fluxo elétrico.
As células HJT resolvem esse problema utilizando uma película semicondutora passivante com uma camada de maior bandgap composta de a-Si:H, que retarda o fluxo de carga para evitar a recombinação. Essa camada de buffer diminui a velocidade do fluxo de carga o suficiente para fornecer uma alta tensão, ao mesmo tempo que impede a recombinação antes que os elétrons sejam coletados, aumentando assim a eficiência.
Durante o processo de absorção de luz, todas as três camadas semicondutoras absorvem fótons, facilitando sua conversão em eletricidade.
- A camada superior de silício amorfo (a-Si:H) coleta e captura a luz solar e os reflexos.
- A camada intermediária, silício cristalino (c-Si), é muito eficiente e converte fótons em eletricidade.
- A camada inferior de silício amorfo (a-Si:H) converte os fótons restantes, melhorando a eficiência total.
Você sabia que os preços para instalação de energia solar caíram 40% em 10 anos, o que ajudou o setor a crescer em um novo mercado e a instalar milhares de sistemas em todo o país?
A combinação de tecnologias permite que as células de heterojunção aproveitem mais energia do que poderiam capturar sozinhas, alcançando uma eficiência de 25% ou mais.
Veja também: Um guia completo sobre a tecnologia solar TOPCon
Preço dos painéis solares de heterojunção
De acordo com os projetos atuais, os módulos SHJ custam entre 0.48 e 0.56 USD/W, em comparação com 0.50 USD/W para módulos convencionais.
Nota: Os preços das células solares de heterojunção podem variar devido a flutuações de mercado, diferenças entre marcas e fatores regionais.
Vantagens e desvantagens da tecnologia de heterojunção
Aplicações da tecnologia solar de heterojunção em configurações de escala de utilidade podem oferecer eficiência de 25 a 30%. No entanto, os prós da HJT também vêm com contras, que estão listados abaixo:
| Vantagens | Desvantagens |
| Supere as células solares padrão convertendo mais luz solar em eletricidade. | Habilidades avançadas e equipamentos especializados são necessários para fabricação e integração. |
| Eficiente em altas temperaturas para reduzir a degradação do desempenho. | Suscetíveis a danos devido à sua constituição fina. |
| Desempenho consistente em condições de pouca luz e ideal para condições climáticas variáveis. | A suscetibilidade à umidade compromete a eficiência e a longevidade. |
| 30% de eficiência com 92% de bifacialidade, o que o torna perfeito para projetos de grande escala. | Restrições de volume de produção, tecnologia complexa e uma ampla gama de semicondutores podem aumentar os preços e reduzir a disponibilidade. |
| São necessárias apenas 5 a 7 etapas de fabricação, o que reduz os custos de produção. | Devido ao seu lançamento recente, há experiência limitada em instalação e manutenção. |
Referência cruzada: Célula de silício cristalino de dupla heterojunção fabricada a 250 °C com eficiência de 12.9%.
Principais fabricantes de células solares de heterojunção
Os principais fabricantes de painéis solares de heterjunção são:
1. REC
A série Alpha Pure utiliza tecnologia avançada de células de heterojunção (HJT) para fornecer densidade de potência que varia de 226 watts/m² a 470 watts. O módulo da REC Group apresenta um arranjo de células sem espaçamento, design duplo e estética elegante, otimizado para aplicações residenciais. Esses painéis garantem potência ideal em diversas condições, resultando em um coeficiente de temperatura mais alto, fluxo elétrico aprimorado e rápido retorno do investimento.
Confira também a avaliação dos painéis solares da REC.
2. JINERGIA
Oferecemos módulos solares bifaciais N-HJT com altíssima eficiência de célula, superior a 24%. Os módulos Jinergy possuem 166 células com um corte de 9BB, o que resulta em uma melhoria de 10% a 35% na potência em diversas condições. Eles proporcionam capacidade de produção de células e módulos avançada e com excelente custo-benefício, com desempenho em baixa luminosidade, baixo coeficiente de temperatura e menor degradação.
3. AKCOME
Especializada em células e módulos solares HJT de última geração, com taxa bifacial de 95% e eficiência de até 26%, a AKCOME Optronics oferece soluções capazes de produzir fatias de silício com 100 μm de espessura, livres de PID, com baixo coeficiente de temperatura e sem geração de efluentes com amônia.
4. Energia Elevada
A série de módulos Hyper-Ion da Risen Energy possui um fator bifacial ultra-alto e a tecnologia patenteada de interconexão Hyper-link, que maximiza a potência de saída. Os módulos da Risen Energy oferecem uma potência de saída de 700-725 Wp com uma bifacialidade de 110 a 132 células, otimizando a eficiência em 22.8-23.3%. Eles apresentam um coeficiente de temperatura de potência estável, emissões de carbono ultrabaixas e forte desempenho anti-LID (degradação induzida por íons).
5. Hua Sen
Esta empresa líder industrial da China fornece wafers , células e módulos solares de heterojunção de silício tipo N (HJT) de altíssima eficiência . Os produtos da Huasun oferecem uma produção anual de energia 3% maior do que o módulo solar bifacial da TOPCon, com potências de saída de até 750 W e eficiência máxima de 24.16%. A construção com vidro duplo, o encapsulamento à base de EPE e a vedação com PIB proporcionam qualidades aprimoradas de resistência à água, ao fogo e à corrosão, adequadas para condições extremas.
Heterojunção vs. Painéis Bifaciais
Ambas utilizam revestimentos passivantes para diminuir a recombinação superficial e melhorar a eficiência, compartilhando, portanto, certas semelhanças estruturais. A distinção essencial reside no fato de que os painéis de heterojunção podem ser desenvolvidos para uso monofacial ou bifacial, enquanto os painéis bifaciais podem integrar diversas tecnologias básicas além da HJT.
A tabela a seguir compara as características essenciais dos módulos solares fotovoltaicos bifaciais e heterojuncionais (HJT):
| Característica | Módulos bifaciais | Módulos HJT |
| Absorção de luz | Absorva a luz tanto da parte frontal quanto de trás. | Uma estrutura em camadas melhora a separação dos pares elétron-lacuna para maior eficiência. |
| Avançada | Alcance mais de 30% de eficiência. | Alcance uma eficiência de até 26.7%. |
| Vantagens | Flexibilidade e adaptabilidade de design aprimoradas. | Maior eficiência de conversão, melhor tolerância à temperatura e taxas de degradação mais lentas ao longo do tempo. |
| Desafios | Para uma implantação ideal, modelagem e simulação precisas são necessárias devido ao impacto consistente do albedo no desempenho. | Processos de fabricação complexos e maiores custos de produção estão impedindo um uso mais amplo. |
Ambas as tecnologias solares fotovoltaicas melhoram a eficiência e o desempenho, proporcionando vantagens e desafios distintos, ao mesmo tempo em que aumentam a praticidade e a sustentabilidade da geração de energia solar.
Heterojunção vs. Painéis de silício cristalino tradicionais
A tecnologia de heterojunção avança os painéis c-Si tradicionais ao melhorar a recombinação e corrigir outras deficiências. Vamos comparar as duas tecnologias para entender como pequenas mudanças na estrutura da célula afetam o desempenho geral do módulo.
| Característica | Heterojunção (HJT) | Monocristalino (mono c-Si) | Policristalino (poli c-Si) |
| Camada Absorvente de Materiais | Mono c-Si e a-Si:H | Mono c-Si | Poli c-Si |
| Estrutura | Camada baseada em wafer mono c-Si envolta em camadas passivantes a-Si:H | Junção pn mono c-Si | Junção pn poli c-Si |
| Tempo de vida | 30 Anos | anos 25-30 | |
| Coeficiente de temperatura (média) | -0.21% / ºC | -0.446% / ºC | -0.387% / ºC |
| Maior Eficiência Registrada | 26.7% | 25.4% | 24.4% |
| Fatia de mercado | 5% | 36.0% | 54.9% |
| Faixa de preço | $ 0.34/W | US$ 0.16/semana - US$ 0.46/semana | $ 0.24/W |
Nota: A eficiência mencionada pode variar dependendo das marcas e dos seus modelos.
Em última análise, as células solares de heterojunção são versáteis e altamente eficientes, o que as torna ótimas para aplicações em espaços limitados. Esses painéis oferecem ótimo desempenho, mas vêm com preços altos, que devem cair nos próximos anos. Para mais conteúdo informativo, continue lendo nossas postagens de blog.
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