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Inovação: Células Solares Mais Finas Podem Reduzir Custos

24/04/2020

Inovação: Células Solares Mais Finas Podem Reduzir Custos

Atualmente, 90% dos painéis solares no mundo são feitos de silício cristalino. Apesar do alto custo, a indústria cresce a uma taxa de 30% ao ano. Diminuir a espessura dos wafers de silício pode ser um caminho para viabilizar os painéis ainda mais economicamente e acelerar o crescimento do setor. É o que diz um estudo realizado pelo MIT (Massachusetts Institute of Technology).

O custo dos geradores solares caiu drasticamente ao longo dos últimos anos, fazendo com que o número de instalações superasse as expectativas. No entanto, estamos chegando ao limite das reduções de custo e é por isso que pesquisadores do National Renewable Energy Laboratory (NREL) do MIT propuseram um novo caminho para tornar a energia solar ainda mais acessível: Diminuir a espessura dos wafers de silício. Essa proposta já foi estudada em profundidade há cerca de 12 anos, mas encontrou uma série de dificuldades, como fragilidade extrema, com muita perda no processo produtivo, e baixa eficiência. Os pesquisadores afirmam, no entanto, que agora já há como contornar esses desafios através de equipamentos de manipulação mais modernos e graças a avanços recentes na arquitetura das células solares.

As descobertas são relatadas em detalhes na publicação Energy and Environmental Science, de coautoria do Doutor Zhe Liu, do professor de engenharia mecânica Tonio Buonassisi e de outros 5 profissionais do MIT e NREL.

Hoje, as células fotovoltaicas de silício, o coração dos painéis solares, são feitas de wafers de silício com uma espessura de 160 micrômetros. Com o uso de novos métodos de manipulação, os pesquisadores defendem a viabilidade de uma espessura de apenas 100 micrômetros, podendo chegar a 40 micrômetros ou menos, ou seja, um corte de 75% na quantidade de silício utilizada atualmente.

Esse avanço não apenas reduziria o custo de cada painel solar, mas aceleraria a expansão da capacidade produtiva do setor, muitas vezes impedida pela necessidade de construção de novas plantas apenas para a fabricação dos lingotes (cristais de silício), que são fatiados como salame para a obtenção dos wafers. Tais fábricas costumam ter custo elevado e precisam de muito tempo até estarem aptas à produção. A diminuição da espessura dos wafers poderia compensar esse gargalo, possibilitando um maior aproveitamento do silício refinado, cuja obtenção constitui uma das partes mais custosas da cadeia, e aumentando a capacidade das máquinas.

O estudo avaliou os níveis de eficiência de quatro variações estruturais de células solares em função da espessura. Usando a nova tecnologia de manipulação, descobriram que há pouca redução de performance atribuída à espessura até o limite de 40 micrômetros.

Adaptar as plantas fabris atuais demandará tempo e investimentos altos, mas os benefícios superarão enormemente os custos. Ainda precisaremos de muito tempo para desenvolver os equipamentos e procedimentos exigidos para manipular as espessuras mais finas, mas com a tecnologia já existente, a adaptação para chegarmos em 100 micrômetros será mais simples, proporcionando uma economia significativa. Além disso, avanços tecnológicos para detectar precocemente microfissuras podem permitir um afinamento ainda maior no futuro. Novas tecnologias de desenvolvimento de lingotes finos, que dispensem o fatiamento, poderão viabilizar uma redução a até a 15 micrômetros.

O desenvolvimento de silício fino tem ficado de lado devido à queda de custo do material, bem como devido a outros aprimoramentos da indústria que já permitiram uma grande redução nos preços. Neste ponto da evolução do setor, dar novamente atenção ao silício pode fazer toda a diferença. O objetivo do estudo do MIT é fornecer um novo caminho tangível e viável; trilhá-lo demandará um alto investimento inicial, mas muitos ganhos para quem for pioneiro.

Veja mais em http://news.mit.edu/2020/cheaper-solar-cells-thinner-0127.