Introdução: Por Que Este Estudo é Importante Agora

Este artigo é baseado no artigo da Nature Communications publicado online em fevereiro de 2026, “Maximising environmental savings from silicon photovoltaics manufacturing to 2035” por Bethany L. Willis et al. O estudo fornece uma das comparações mais completas do ciclo de vida entre a fabricação fotovoltaica PERC e TOPCon, estendendo a análise dos dados de produção atuais para cenários tecnológicos e de rede até 2035.

No final de 2023, a capacidade instalada global de PV solar já havia ultrapassado 1 TWp. Em cenários de descarbonização de longo prazo, esse número pode chegar a cerca de 80 TWp até 2050. Esse crescimento é essencial para a transição energética, mas também cria um ônus de fabricação que muitas vezes é subestimado. Estimativas anteriores sugeriam que a própria fabricação de PV poderia consumir até 11% do orçamento global de carbono restante em um cenário de 1,5 °C.

O momento é importante porque a indústria mainstream de silício cristalino está se movendo rapidamente de PERC até TOPCon. O TOPCon oferece maior eficiência, mas sua estrutura de célula, dopantes, camadas de passivação e metalização diferem significativamente do PERC. A questão chave é simples, mas difícil: a maior eficiência reduz o impacto ambiental, ou a complexidade extra de material e processo compensa o ganho?

O estudo utiliza uma avaliação de ciclo de vida do berço ao portão, cobrindo a cadeia desde a mineração de quartzo até a fabricação de wafer, célula, módulo e envio para a Europa Central. A unidade funcional é 1 Wp, e a avaliação de impacto segue o método EU EF v3.1 em 16 categorias. As premissas de desenvolvimento tecnológico são baseadas no ITRPV 2024 roadmap, enquanto a descarbonização da eletricidade segue o cenário de baixo custo de tecnologia zero-carbono da EIA 2023. As regiões de fabricação incluem China, Índia, Estados Unidos e Europa, com análise de Monte Carlo usada para testar a incerteza.

PERC vs TOPCon: Melhor em 15 Categorias, Pior em Uma

Sob o cenário base de 2023 de fabricação chinesa e entrega para a Europa Central, o TOPCon tem melhor desempenho que o PERC em 15 out of 16 environmental impact categories por base de Wp. A única categoria em que o TOPCon tem pior desempenho é uso de recursos metálicos e minerais.

Fig.1 | Comparação normalizada de seis principais categorias de impacto entre PERC e TOPCon, com diferenças percentuais.

O aumento de +15,2% no impacto de recursos metálicos está amplamente ligado à prata. Nas células PERC, a metalização do lado traseiro usa uma combinação de prata e alumínio. Nas células TOPCon, tanto a metalização frontal quanto a traseira dependem mais fortemente de pasta de prata. Como resultado, mesmo que o TOPCon produza mais potência por área, sua demanda de prata por Wp continua sendo uma preocupação ambiental crítica.

Esta é a primeira camada do paradoxo: TOPCon é mais limpo na maioria das categorias de ciclo de vida, mas sua pegada de metais pode ser pior devido à metalização intensiva em prata.

Análise de Pontos Críticos: Eletricidade Domina Carbono, Prata Domina Uso de Metais

O estudo divide a fabricação de módulos TOPCon em quatro grandes etapas: produção de wafer, produção de células, montagem do módulo e transporte para a Europa Central. Os resultados mostram que diferentes categorias ambientais são controladas por pontos críticos muito distintos.

A produção de wafer é o maior ponto crítico de carbono

A etapa de wafer domina 12 das 16 categorias de impacto. Nas seis categorias principais destacadas pelo artigo, o uso de eletricidade relacionado ao wafer contribui fortemente para:

Mais de 85% da demanda de eletricidade do wafer vem de redução de polissilício e puxamento de cristal Czochralski. Em termos práticos, a pegada de carbono de um módulo solar é fortemente influenciada pela matriz elétrica usada a montante na produção de polissilício e lingotes.

A produção de células é o ponto crítico de uso de metal

A etapa de células é a única onde o uso de recursos metálicos se torna dominante. A metalização com pasta de prata representa 53,0% do uso total de metal do módulo e 98,3% do uso de metal na etapa de células. Outros pontos críticos da etapa de células incluem silano para deposição de poli-Si e PECVD, eletricidade de recozimento e emissões de NMVOC da limpeza com solvente.

A montagem do módulo é impulsionada por vidro, cobre e estanho

A etapa de módulo contribui fortemente para toxicidade humana e uso da terra. Os materiais-chave incluem vidro frontal, carbonato de sódio, óleo pesado usado na produção de vidro, cobre e estanho. O estanho é usado em quantidades relativamente pequenas, mas sua contribuição para os indicadores de uso de metal ainda é perceptível.

O transporte é dominado pelo transporte marítimo, mas o frete marítimo ainda é relativamente eficiente

Para entrega da China para a Europa, os impactos do transporte são dominados pelo transporte oceânico em termos absolutos. No entanto, por tonelada-quilômetro, o frete marítimo permanece muito mais limpo que o transporte rodoviário. O transporte contribui especialmente para a formação fotoquímica de ozônio devido aos combustíveis de hidrocarbonetos e à infraestrutura logística.

Fig.2 | Contribuição dos pontos críticos das etapas de wafer, célula, módulo e transporte em seis categorias de impacto principais.

Região de Fabricação e Projeção Temporal: Europa Lidera, Mas 2035 Traz uma Reviravolta

O artigo então modela a fabricação de TOPCon na China, Índia, Estados Unidos e Europa de 2023 a 2035. Ele considera tanto as matrizes elétricas atuais quanto os cenários futuros de redes descarbonizadas. Parâmetros tecnológicos como eficiência, uso de prata, consumo de polissilício e espessura do wafer melhoram ano a ano de acordo com as premissas do ITRPV.

Fig.3 | Seis categorias de impacto principais por região de fabricação de 2023 a 2035. Linhas sólidas representam redes atuais; linhas tracejadas representam redes futuras descarbonizadas.

Várias descobertas se destacam.

O resultado mais contraintuitivo é o paradoxo do uso de metais. Um sistema elétrico mais limpo reduz as emissões de carbono, mas a infraestrutura de energia renovável pode exigir mais metais escassos. No EF v3.1, metais escassos como prata e elementos de terras raras possuem altos fatores de caracterização. Sob as premissas de rede futura, os Estados Unidos se tornam o caso de maior uso de metais até 2035, enquanto a Europa permanece a mais baixa porque seu cenário de rede tem uma participação relativamente menor de PV.

Em outras palavras, a descarbonização melhora a conta climática, mas pode piorar a conta de recursos minerais se o sistema depender de infraestrutura de energia limpa intensiva em metais.

Implantação Global até 2035: Até 8,2 Gt CO₂eq Podem Ser Evitados

Usando as projeções de remessas do ITRPV, o estudo assume que o PERC sai do mercado até 2034, enquanto o TOPCon se torna o sucessor dominante. Em seguida, calcula os impactos cumulativos da fabricação global sob diferentes cenários regionais de fabricação e rede.

Fig.4 | Impactos cumulativos das mudanças climáticas e do uso de metais para a implantação global de PERC e TOPCon. As regiões sombreadas indicam a diferença entre cenários de rede atuais e futuros.

Os principais resultados incluem:

• As emissões cumulativas da fabricação de PERC e TOPCon antes de 2035 podem atingir um limite superior de cerca de 13,8 Gt CO₂eq.

• Otimizar o local de fabricação e descarbonizar a eletricidade pode reduzir isso em até 8,2 Gt CO₂eq.

• Essa economia equivale a cerca de 13,9% das emissões antrópicas líquidas globais de gases de efeito estufa em 2019.

• Mover a fabricação da China para a Europa sob o cenário futuro assumido da EIA poderia reduzir o GWP cumulativo em outros 49.5%.

• O impacto do uso de metais aumenta à medida que as redes se descarbonizam, com a Europa apresentando o melhor desempenho e os Estados Unidos o pior, sob suposições futuras.

O benefício energético permanece muito forte. Módulos fabricados de 2023 a 2035 devem gerar cerca de 94.602 TWh nos primeiros 12 anos de sua vida útil assumida de 30 anos. Suas emissões de fabricação são estimadas em cerca de 2,26 Gt CO₂eq. Produzir a mesma eletricidade com redes regionais futuras emitiria entre 27 e 67 Gt CO₂eq. Mesmo sob suposições conservadoras, as emissões evitadas excedem 25 Gt CO₂eq.

Fig.5 | Intensidade de carbono do ciclo de vida da energia solar fotovoltaica comparada com a intensidade futura da eletricidade da rede regional.

Análise de Sensibilidade: Mix de Rede e Escolhas Tecnológicas Mudam o Resultado

O estudo realiza vários testes de sensibilidade para identificar quais alavancas são mais importantes.

A intensidade de carbono da sub-rede é mais importante do que os rótulos dos países

Fig.6 | Faixas de GWP entre sub-redes em quatro regiões. Linhas pretas mostram a referência de rede média usada no modelo principal.

A China tem a maior faixa de sub-rede, de cerca de 0,32 a 0,58 kg CO₂eq/Wp. A sub-rede chinesa com menor carbono está próxima do caso de referência europeu. Isso significa que o rótulo "fabricado na China" ou "fabricado na Europa" é muito amplo para uma contabilidade de carbono séria. A conexão real à rede, o acordo local de compra de energia e o acesso direto à eletricidade renovável podem decidir se um módulo atende aos limites de baixo carbono, como o EPEAT Climate+.

O carvão é o insumo de combustível fóssil mais sensível

Fig.7 | Impacto de mudanças de ±5% nas participações individuais de combustíveis em 16 categorias ambientais.

Uma mudança de ±5% na participação do carvão tem o efeito mais forte em nove categorias, incluindo um aumento de +4,8% no GWP. A energia nuclear afeta fortemente os indicadores de radiação ionizante, mas tem efeitos menores em outras áreas. A energia hidrelétrica é a única fonte renovável que reduz todas as 16 categorias neste teste de sensibilidade, sugerindo que a fabricação de PV alimentada por energia hidrelétrica pode ser particularmente favorável do ponto de vista da ACV.

Quatro alavancas técnicas definem o próximo estágio da sustentabilidade da PV

Fig.8 | Sensibilidade da melhoria de eficiência, redução de prata para 5 mg/W, redução de eletricidade de wafer e redução de silano.

A meta de prata de 5 mg/W vem do limite de sustentabilidade de múltiplos terawatts discutido por Haegel et al. na Science 2023. Alcançá-lo reduziria drasticamente o impacto do uso de metais, mas não resolve os impactos de carbono, material particulado ou energia fóssil. É por isso que a redução expressiva no uso de prata não é a história ambiental completa.

A verificação de incerteza de Monte Carlo confirma a conclusão principal

Fig.9 | Resultados de confiança de Monte Carlo em 16 categorias de impacto ambiental.

Após 10.000 execuções de Monte Carlo, o PERC apresenta um impacto maior que o TOPCon em mais de 70% das simulações para 11 das 16 categorias. Para mudanças climáticas, o nível de confiança é 71.5%. Para depleção da camada de ozônio, atinge 98.7%. O uso de metais se move na direção oposta com 95,8% de confiança, confirmando que o TOPCon muito provavelmente consome mais recursos metálicos sob as premissas de base.

Implicações para a Indústria: A Transição para TOPCon é Positiva, Mas Não Automaticamente Sustentável

Os achados levam a várias conclusões práticas para a indústria de fabricação solar.

• A substituição do PERC pelo TOPCon é ambientalmente positiva no geral, mas a prata se torna um problema de ciclo de vida, não apenas de custo. Tecnologias de revestimento de cobre e pilha Ni/Cu/Ag são, portanto, não apenas opções de redução de custo; elas também são importantes para reduzir indicadores de recursos metálicos.

• A eletricidade do wafer é o maior ponto crítico climático. A redução de polissilício e o puxamento de cristal são os processos centrais a serem observados. Para conformidade com a pegada de carbono, o local de fabricação deve ser avaliado no nível da sub-rede, não simplesmente por país.

• A eletricidade de baixo carbono pode criar uma troca mineral. Uma rede descarbonizada reduz o GWP, mas se a expansão da rede depender fortemente de sistemas renováveis intensivos em metais, os indicadores de uso de metais podem aumentar.

• A melhoria da eficiência é a alavanca mais limpa em todas as categorias. Maior eficiência do módulo reduz a área, material e demanda de energia por Wp em toda a cadeia de valor. O TOPCon tem uma alavancagem de eficiência mais forte que o PERC, mas esse benefício deve ser protegido pela redução do consumo de prata.

Visão da Ooitech

Como fornecedor de equipamentos que trabalha em estreita colaboração com linhas de fabricação de módulos solares, vemos a transição para TOPCon como um lembrete de que a maior eficiência das células por si só não é suficiente para definir uma rota de produção verdadeiramente sustentável. As decisões mais importantes no nível da fábrica serão a prontidão do processo de redução de prata, a fonte de eletricidade do lado da bolacha e o controle de processo estável que possa converter ganhos de eficiência em economias reais de material por Wp. Para futuras linhas de módulos, especialmente aquelas projetadas para TOPCon ou produtos n-type de próxima geração, o desempenho ambiental dependerá cada vez mais de quão bem os equipamentos, materiais e a estratégia energética da fábrica são projetados em conjunto.