O desenvolvimento de pastas condutoras começou na década de 1950. Em 1954, o acadêmico britânico C.F. Powell relatou pela primeira vez o método de preparação de pastas condutoras por meio da suspensão de partículas de prata em solventes orgânicos, estabelecendo as bases técnicas. Posteriormente, nas décadas de 1960 e 1970, com o surgimento dos circuitos integrados híbridos de película espessa, pastas condutoras de metais preciosos, como pasta de prata e pasta de ouro, alcançaram gradualmente a industrialização inicial e foram utilizadas principalmente nas indústrias aeroespacial e militar. Tomando como exemplo as matérias-primas da pasta de prata fotovoltaica, o pó de prata representa mais de 90% do custo, e o preço de compra do pó de prata é fortemente influenciado pelos preços de mercado da prata, com flutuações significativas. Desde 2020, impulsionada pelos altos preços da prata e pela demanda por redução de custos, a pasta de cobre revestida com prata foi introduzida e aplicada nas linhas de produção de baterias HJT. Avanços foram feitos na tecnologia de pasta de cobre puro e cobre eletrodepositado, e a produção em massa foi iniciada. O teor de prata foi significativamente reduzido e o processo livre de prata foi consideravelmente acelerado.

Atualmente, as três principais direções tecnológicas para substituir a pasta condutora de prata são: pasta de cobre revestida com prata, processo de eletrodeposição de cobre e pasta de cobre/alumínio puro. Elas visam solucionar o problema dos altos preços da prata e já entraram na fase de industrialização em áreas como a fotovoltaica e a embalagem de LEDs.

As principais diferenças entre essas três rotas tecnológicas são as seguintes:
1. Tecnologia Prata em Cobre: A tecnologia Prata em Cobre é atualmente a solução de substituição do cobre mais madura e com rápida industrialização. Seu princípio fundamental é a estrutura núcleo-casca, composta por um núcleo de cobre e uma casca de prata, substituindo parcialmente a prata por cobre. Ajustando a proporção de dopagem de prata e cobre, o custo da pasta de prata pode ser efetivamente reduzido, mantendo a eficiência de conversão fotoelétrica, com uma redução de custos superior a 30%. No entanto, devido à fácil oxidação do pó de cobre em ambientes de alta temperatura, a aplicação desse método apresenta limitações evidentes e é adequada apenas para sistemas de pasta de prata de baixa temperatura em células fotovoltaicas de heterojunção de silício cristalino (HJT) e células fotovoltaicas empilhadas.

O surgimento do pó de cobre revestido com prata visa principalmente reduzir significativamente os custos, mantendo a condutividade próxima à da prata pura. A técnica da SAT NANO, Dana, obteve os seguintes dados comparativos com base em experimentos com pó de prata condutor e pó de cobre revestido com prata condutor.

Segue abaixo uma comparação dos principais parâmetros de desempenho entre os dois:

2. A tecnologia de eletrodeposição de cobre baseia-se no princípio da deposição eletrolítica, que utiliza a camada condutora transparente e a estrutura guia de borda pré-definidas em ambos os lados da célula fotovoltaica para preparar simultaneamente eletrodos metálicos na frente e no verso da célula, sem a necessidade de sinterização em alta temperatura e processamento passo a passo em um único lado. Possui compatibilidade metálica natural em ambos os lados e pode aproveitar ao máximo as vantagens de desempenho da geração de energia em ambos os lados da bateria HJT. Ao mesmo tempo, os eletrodos revestidos de cobre apresentam condutividade e características de contato significativamente melhores com as camadas de óxido condutor transparente (TCO) do que as linhas de grade de prata tradicionais. São feitos de cobre puro e possuem uma estrutura densa sem vazios, com resistividade elétrica muito menor do que a pasta de prata de baixa temperatura. Isso pode reduzir efetivamente as perdas ôhmicas e a resistência em série do eletrodo, e combinam-se firmemente com os filmes condutores transparentes de TCO sem orifícios de contato, o que pode reduzir a resistência de contato, melhorar a adesão do eletrodo e a eficiência de coleta e transporte de portadores. Além disso, eletrodos revestidos com cobre podem atingir larguras de linha ultrafinas de 15 a 20 μm, com melhores relações de aspecto e boa plasticidade. Comparados com linhas de grade de prata impressas com 30 a 40 μm, eles podem reduzir significativamente as perdas por sombreamento. Combinados com características de baixa resistividade, podem melhorar efetivamente a eficiência de geração e coleta de portadores fotogerados e aumentar a eficiência de conversão de células fotovoltaicas de heterojunção em 0,3% a 0,5%. Atualmente, o processo de eletrodeposição de cobre ainda enfrenta certas dificuldades na produção em massa. Comparado com a serigrafia tradicional, o processo de eletrodeposição de cobre é mais longo e propenso a problemas como desprendimento da grade e oxidação. Além disso, devido ao fluxo de processo complexo, o custo inicial de investimento em equipamentos é relativamente alto. Por outro lado, a solução de eletrodeposição contém uma grande quantidade de produtos químicos nocivos, o que representa riscos de conformidade ambiental e, em certa medida, restringe sua promoção em larga escala. Atualmente, a industrialização da tecnologia de eletrodeposição de cobre ainda leva tempo.

3. A pasta de cobre puro é a solução ideal para redução de custos sem prata a médio e longo prazo, podendo substituir completamente a pasta de prata e apresentando o maior potencial de redução de custos. No entanto, sua aplicação em larga escala ainda enfrenta desafios técnicos fundamentais. Devido às propriedades químicas ativas e à alta energia superficial específica do pó de cobre, este é propenso ao contato com o ar durante o preparo e a produção de baterias, formando filmes de óxido isolantes, o que resulta em uma diminuição da condutividade da pasta. Portanto, o avanço tecnológico no tratamento antioxidante do pó de cobre tornou-se a chave para a aplicação industrial da pasta de cobre. Atualmente, os produtos de pasta de cobre puro para rotas de baixa e alta temperatura ainda estão em fase de pesquisa e desenvolvimento.

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