انرژی خورشیدی در سال‌های اخیر به یکی از مهم‌ترین مسیرهای توسعه تولید برق از منابع تجدیدپذیر تبدیل شده است. افزایش ظرفیت نیروگاه‌های خورشیدی، توسعه پنل‌های خانگی و صنعتی و پیشرفت فناوری سلول‌های فتوولتائیک، تقاضا برای مواد اولیه مورد استفاده در این صنعت را نیز افزایش داده است. در میان این مواد، نقره جایگاه ویژه‌ای دارد.

شاید در نگاه اول تصور شود که پنل خورشیدی عمدتاً از شیشه، آلومینیوم و سیلیکون ساخته شده است؛ اما در ساختار الکتریکی آن، مقدار مشخصی نقره نیز به کار می‌رود. این فلز در قالب خمیر رسانای نقره روی سطح سلول چاپ می‌شود و شبکه‌ای از خطوط بسیار ظریف را تشکیل می‌دهد. این خطوط وظیفه جمع‌آوری جریان الکتریکی تولیدشده در سلول را بر عهده دارند.

اهمیت این کاربرد تنها به صنعت تجهیزات خورشیدی محدود نیست. از آنجا که تولید پنل‌ها در مقیاس جهانی به حجم بسیار زیادی رسیده است، حتی مصرف چند میلی‌گرم نقره در هر وات ظرفیت تولیدی می‌تواند در مجموع به تقاضای قابل‌توجهی برای بازار جهانی این فلز منجر شود.

1. نقره در سلول خورشیدی دقیقاً چه وظیفه‌ای دارد؟

برای درک کاربرد نقره در پنل‌های خورشیدی، ابتدا باید با سازوکار تولید برق در یک سلول فتوولتائیک آشنا شویم. سلول خورشیدی با استفاده از اثر فتوولتائیک، انرژی نور خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. در بسیاری از پنل‌های رایج، ماده اصلی انجام این فرایند سیلیکون است.

وقتی نور خورشید به سلول می‌تابد، فوتون‌های نور می‌توانند در ماده نیمه‌رسانا حامل‌های بار الکتریکی ایجاد کنند. ساختار داخلی سلول این بارها را از یکدیگر جدا می‌کند و اختلاف پتانسیل الکتریکی به وجود می‌آورد. برای استفاده از این انرژی، باید جریان الکتریکی ایجادشده از سطح سلول جمع‌آوری و به مدار خارجی منتقل شود.

اینجاست که نقره وارد عمل می‌شود. روی سطح سلول خورشیدی، شبکه‌ای از خطوط فلزی باریک ایجاد می‌شود که به آن‌ها انگشتک‌های رسانا یا Finger Contacts گفته می‌شود. این خطوط جریان الکتریکی را از بخش‌های مختلف سلول جمع‌آوری می‌کنند و به مسیرهای انتقال‌دهنده بزرگ‌تر می‌رسانند.

بنابراین، نقره بخشی از سیستم جمع‌آوری و انتقال جریان است. اگر این اتصالات کیفیت مناسبی نداشته باشند، مقاومت الکتریکی افزایش پیدا می‌کند و بخشی از انرژی تولیدشده به شکل تلفات الکتریکی از دست می‌رود. به همین دلیل، انتخاب ماده رسانا در طراحی سلول خورشیدی اهمیت زیادی دارد.

2. چرا از نقره برای ساخت اتصالات سلول خورشیدی استفاده می‌شود؟

فلزات مختلفی قابلیت انتقال جریان الکتریکی دارند؛ با این حال، نقره به دلیل مجموعه‌ای از ویژگی‌های فیزیکی و الکتریکی، برای ساخت اتصالات سلول‌های خورشیدی بسیار مناسب است. مهم‌ترین دلیل استفاده از این فلز، رسانایی الکتریکی بسیار بالای آن در میان فلزات است.

رسانایی الکتریکی بسیار بالا

نقره در دمای محیط بالاترین رسانایی الکتریکی را در میان فلزات دارد. این ویژگی به جریان الکتریکی اجازه می‌دهد با مقاومت کمتری از مسیرهای رسانای نقره عبور کند. در سلول‌های خورشیدی که خطوط فلزی باید بسیار باریک باشند، کاهش مقاومت اهمیت ویژه‌ای دارد؛ زیرا سطح مقطع کوچک این خطوط می‌تواند مقاومت الکتریکی را افزایش دهد.

قابلیت تبدیل به خمیر رسانا

یکی دیگر از مزیت‌های نقره، امکان تولید خمیرهای رسانای مخصوص چاپ صنعتی است. پودر نقره با ترکیبات دیگر در فرمولاسیون خمیر فلزی ترکیب می‌شود تا ماده‌ای با ویژگی‌های مناسب برای چاپ روی سطح سلول به دست آید. این خمیر باید به‌گونه‌ای طراحی شود که خطوط دقیق و یکنواخت ایجاد کند و پس از طی مراحل حرارتی، اتصال الکتریکی مناسبی با ساختار سلول برقرار سازد.

عملکرد مناسب در خطوط ظریف

در طراحی سلول‌های خورشیدی، خطوط فلزی باید تا حد امکان باریک باشند. خطوط پهن‌تر می‌توانند بخشی از نور ورودی را مسدود کنند و میزان جذب نور توسط سیلیکون را کاهش دهند. نقره به دلیل رسانایی بالا، امکان طراحی شبکه‌های رسانای باریک با عملکرد الکتریکی مناسب را فراهم می‌کند.

سازگاری با فرایندهای تولید صنعتی

چاپ خمیر نقره به روش چاپ سیلک یا Screen Printing سال‌هاست که در خطوط تولید سلول‌های خورشیدی استفاده می‌شود. توسعه تجهیزات، مواد اولیه و دانش فنی این فرایند باعث شده است که استفاده از نقره در تولید انبوه سلول‌ها به یک روش صنعتی تثبیت‌شده تبدیل شود.

3. خمیر نقره در پنل خورشیدی چیست و چگونه استفاده می‌شود؟

نقره مورد استفاده در سلول‌های خورشیدی معمولاً به شکل قطعات فلزی یا ورقه‌های نقره نیست. در روش متداول تولید سلول‌های سیلیکونی، از ماده‌ای به نام خمیر نقره یا Silver Paste استفاده می‌شود. این خمیر ترکیبی مهندسی‌شده است که پودر نقره، مواد آلی و افزودنی‌های خاص را در خود جای می‌دهد.

فرمولاسیون دقیق خمیر نقره به نوع سلول، دمای فرایند تولید، ساختار سطح و ویژگی‌های الکتریکی مورد انتظار بستگی دارد. در برخی خمیرها از ترکیبات شیشه‌ای موسوم به Glass Frit نیز استفاده می‌شود که در ایجاد اتصال مناسب میان نقره و سطح نیمه‌رسانا نقش دارند.

مراحل استفاده از خمیر نقره

در بسیاری از سلول‌های سیلیکونی متداول، چاپ خمیر نقره به روش چاپ سیلک انجام می‌شود. این روش به دلیل سرعت، قابلیت تکرار و امکان استفاده در خطوط تولید انبوه، جایگاه مهمی در صنعت فتوولتائیک دارد.

4. چه مقدار نقره در سلول‌ها و پنل‌های خورشیدی مصرف می‌شود؟

میزان مصرف نقره در سلول خورشیدی به عوامل مختلفی بستگی دارد؛ از جمله فناوری ساخت، ابعاد سلول، راندمان، تعداد و ضخامت خطوط رسانا و نوع خمیر مورد استفاده. به همین دلیل، نمی‌توان یک مقدار ثابت را برای تمام پنل‌های خورشیدی در نظر گرفت.

در پژوهش منتشرشده در نشریه Energy & Environmental Science درباره تولید سلول‌های خورشیدی در مقیاس چند تراواتی، برآورد شده است که یک سلول صنعتی با راندمان حدود 21 درصد در سال 2020 به‌طور متوسط حدود 90 تا 100 میلی‌گرم نقره مصرف می‌کرد. این مقدار برای سلول‌های آن دوره و فناوری‌های بررسی‌شده گزارش شده است و نباید بدون توجه به تغییر فناوری به تمام سلول‌های امروزی تعمیم داده شود.

برای مقایسه دقیق‌تر فناوری‌ها، شاخصی به نام میلی‌گرم نقره به‌ازای هر وات ظرفیت تولیدی استفاده می‌شود. این شاخص نشان می‌دهد برای ساخت سلولی با توان مشخص، چه مقدار نقره مصرف شده است.

اهمیت این اعداد زمانی روشن‌تر می‌شود که آن‌ها را در مقیاس تولید جهانی بررسی کنیم. یک سلول ممکن است تنها مقدار کمی نقره مصرف کند، اما تولید میلیاردها سلول در سال، مجموع تقاضای این صنعت را به رقم بزرگی تبدیل می‌کند.

5. تفاوت مصرف نقره در فناوری‌های مختلف سلول خورشیدی

تمام سلول‌های خورشیدی از ساختار یکسانی برخوردار نیستند. با پیشرفت صنعت، فناوری‌های مختلفی توسعه پیدا کرده‌اند که هرکدام در زمینه راندمان، ساختار اتصالات و میزان مصرف مواد اولیه ویژگی‌های خاص خود را دارند.

سلول خورشیدی PERC

فناوری PERC یکی از نسل‌های مهم سلول‌های سیلیکونی است که با بهبود ساختار سطح پشتی سلول، امکان افزایش راندمان را فراهم کرد. در این فناوری، خمیر نقره برای ایجاد اتصالات الکتریکی استفاده می‌شود و در برخی طراحی‌ها، آلومینیوم نیز در ساختار تماس پشتی نقش دارد.

پژوهش‌های مربوط به سلول‌های PERC نشان داده‌اند که مصرف نقره در این فناوری به طراحی شبکه فلزی و ابعاد ویفر وابسته است. در نمونه صنعتی بررسی‌شده در پژوهش RSC، مصرف نقره حدود 15٫4 میلی‌گرم به‌ازای هر وات گزارش شده بود.

سلول خورشیدی TOPCon

فناوری TOPCon با استفاده از ساختار تماس غیرفعال‌شده مبتنی بر اکسید تونلی، امکان دستیابی به راندمان بالاتر را فراهم می‌کند. این فناوری در سال‌های اخیر سهم قابل‌توجهی در تولید سلول‌های خورشیدی سیلیکونی به دست آورده است.

در TOPCon، طراحی اتصالات فلزی اهمیت زیادی دارد. برای حفظ عملکرد الکتریکی و کاهش مقاومت تماس، خمیرهای نقره‌ای با ویژگی‌های خاص در بخش‌های مختلف سلول به کار می‌روند. بسته به طراحی، مصرف نقره می‌تواند یکی از عوامل مهم هزینه تولید باشد.

سلول خورشیدی HJT

سلول‌های هتروجانکشن یا HJT از ترکیب لایه‌های سیلیکونی با ساختارهای متفاوت استفاده می‌کنند. این فناوری معمولاً به فرایندهای متالیزاسیون با دمای پایین‌تر نیاز دارد و خمیرهای مورد استفاده در آن باید با این شرایط سازگار باشند.

در برخی طراحی‌های HJT، اتصالات فلزی در دو سمت سلول ایجاد می‌شوند. همین موضوع می‌تواند بر مقدار نقره مصرفی اثر بگذارد. توسعه خمیرهای نقره‌ای با مصرف کمتر و خمیرهای ترکیبی نقره و مس، از مسیرهای پژوهشی مهم برای کاهش هزینه این فناوری است.

توضیح: جدول، تفاوت‌های ساختاری و نقش نقره را به‌صورت کیفی مقایسه می‌کند؛ میزان مصرف عددی در هر فناوری به طراحی سلول و نسل تولید وابسته است.

6. چرا صنعت خورشیدی به یکی از مصرف‌کنندگان مهم نقره تبدیل شده است؟

نقش نقره در صنعت فتوولتائیک به‌تنهایی موضوع جدیدی نیست؛ اما گسترش سریع ظرفیت تولید برق خورشیدی باعث شده اهمیت این کاربرد در بازار فلزات گران‌بها افزایش پیدا کند.

در یک نیروگاه خورشیدی بزرگ، هزاران یا حتی میلیون‌ها سلول فتوولتائیک در قالب پنل‌ها کنار یکدیگر قرار می‌گیرند. هر سلول برای انتقال جریان به اتصالات رسانا نیاز دارد و در بسیاری از فناوری‌های سیلیکونی، نقره یکی از مواد اصلی این اتصالات است.

پژوهشی که در نشریه RSC منتشر شده، نشان می‌دهد صنعت فتوولتائیک در سال 2020 حدود 2860 تن نقره مصرف کرده است؛ رقمی که در همان پژوهش معادل حدود 10٫3 درصد عرضه جهانی نقره در آن سال برآورد شده بود.

در پژوهش مروری دیگری درباره مسیرهای تولید چندتراواتی سلول‌های خورشیدی نیز گزارش شده است که مصرف نقره در صنعت فتوولتائیک در سال 2022 از 140 میلیون اونس فراتر رفته بود. این ارقام مربوط به سال‌های مشخص و مبانی آماری همان پژوهش‌ها هستند و نباید به‌عنوان آمار مصرف سال جاری معرفی شوند.

این روند یک رابطه مهم میان دو صنعت ایجاد می‌کند: هرچه ظرفیت نصب و تولید پنل‌های خورشیدی افزایش پیدا کند، نیاز بالقوه به نقره نیز بیشتر می‌شود؛ مگر اینکه کاهش مصرف نقره در هر وات ظرفیت، جایگزینی فلزات یا تغییر فناوری بتواند این رشد را جبران کند.

7. آیا می‌توان نقره را در سلول‌های خورشیدی با مس جایگزین کرد؟

قیمت نقره و اهمیت آن در هزینه تولید سلول‌های خورشیدی باعث شده است پژوهشگران به دنبال راهکارهایی برای کاهش مصرف این فلز باشند. یکی از مهم‌ترین گزینه‌ها، مس است.

مس از نظر رسانایی الکتریکی عملکرد مناسبی دارد و در مقایسه با نقره از قیمت پایین‌تری برخوردار است. با این حال، جایگزینی نقره با مس به سادگی تغییر یک ماده اولیه نیست؛ زیرا مس می‌تواند در ساختار سیلیکون نفوذ کند و در صورت کنترل‌نشدن، بر عملکرد و پایداری سلول اثر منفی بگذارد.

به همین دلیل، فناوری‌های جدید معمولاً از لایه‌های محافظ، ساختارهای ترکیبی یا فرایندهای رسوب‌دهی کنترل‌شده استفاده می‌کنند تا مزایای رسانایی مس را به کار بگیرند و در عین حال از مشکلات احتمالی آن جلوگیری کنند.

خمیر ترکیبی نقره و مس

یکی از مسیرهای توسعه، استفاده از ذرات مس با پوشش نقره یا ترکیباتی از خمیر نقره و مس است. در این روش تلاش می‌شود مقدار نقره مورد نیاز کاهش پیدا کند، بدون اینکه عملکرد الکتریکی اتصالات به شکل قابل‌توجهی افت کند.

پژوهش منتشرشده در سال 2024 در نشریه Solar Energy Materials and Solar Cells، روشی را بررسی کرده است که در آن بخشی از خمیر نقره در سمت پشتی سلول‌های iTOPCon با مس جایگزین می‌شود. در یکی از رویکردهای بررسی‌شده، مقدار خمیر نقره در آن بخش حدود 75 درصد کاهش یافته و یک لایه مس برای تامین رسانایی به کار رفته است. نتایج پژوهش نشان داد این روش می‌تواند با حفظ عملکرد تبدیل انرژی، مسیر امیدوارکننده‌ای برای کاهش مصرف نقره باشد.

رسوب‌دهی الکتروشیمیایی مس

مسیر پیشرفته‌تر، استفاده از روش‌های رسوب‌دهی الکتروشیمیایی برای تشکیل اتصالات فلزی است. در این روش، به‌جای اتکا به چاپ متداول خمیر نقره، لایه‌های فلزی با فرایندهای کنترل‌شده روی سطح سلول ایجاد می‌شوند.

در یکی از دستاوردهای گزارش‌شده در آوریل 2026، پژوهشگران موسسه Fraunhofer ISE با استفاده از فرایند متالیزاسیون مبتنی بر رسوب‌دهی الکتریکی، مصرف نقره در سلول‌های TOPCon را به حدود 1٫1 میلی‌گرم به‌ازای هر وات پیک رساندند؛ در حالی که مقدار متداول مورد اشاره در همان گزارش حدود 10 تا 12 میلی‌گرم به‌ازای هر وات پیک بود.

در این روش، نیکل به‌عنوان لایه محافظ در برابر نفوذ مس به سیلیکون استفاده می‌شود، مس بخش اصلی رسانایی را تامین می‌کند و نقره در قالب یک لایه نازک برای محافظت از سطح فلزی باقی می‌ماند. طبق گزارش منتشرشده، سلول‌های آزمایش‌شده به راندمان حدود 24 درصد رسیدند و ماژول‌های ساخته‌شده از آن‌ها آزمون‌های قابلیت اطمینان IEC 61215 را پشت سر گذاشتند.

با وجود این پیشرفت‌ها، تولید انبوه و تجاری‌سازی فناوری‌های جایگزین همچنان به بررسی هزینه تجهیزات، سرعت تولید، یکنواختی فرایند و دوام بلندمدت سلول‌ها نیاز دارد. بنابراین، در کوتاه‌مدت نمی‌توان حذف کامل نقره از صنعت خورشیدی را قطعی دانست.

8. کاهش مصرف نقره در هر پنل چه تاثیری بر بازار جهانی نقره دارد؟

رابطه میان صنعت خورشیدی و بازار نقره دوطرفه است. از یک طرف، توسعه انرژی خورشیدی می‌تواند تقاضای صنعتی نقره را افزایش دهد. از طرف دیگر، بالا رفتن قیمت نقره انگیزه تولیدکنندگان را برای کاهش مصرف این فلز در هر سلول و توسعه مواد جایگزین بیشتر می‌کند.

این رابطه باعث می‌شود رشد ظرفیت نصب پنل‌های خورشیدی الزاماً به همان نسبت به افزایش تقاضای نقره منجر نشود. برای مثال، ممکن است تعداد پنل‌های تولیدشده افزایش پیدا کند، اما به دلیل باریک‌تر شدن خطوط رسانا، بهبود خمیرهای فلزی و افزایش راندمان سلول، مقدار نقره مورد نیاز برای تولید هر وات برق کاهش یابد.

به این فرایند در صنعت، کاهش شدت مصرف ماده یا Thrifting گفته می‌شود. در واقع، تولیدکنندگان تلاش می‌کنند با مصرف کمتر نقره، همان عملکرد الکتریکی یا حتی عملکرد بهتری به دست آورند.

برای تحلیل آینده بازار نقره، باید هر دو عامل را هم‌زمان بررسی کرد. تمرکز صرف بر رشد نصب پنل‌ها ممکن است به برآورد بیش از حد تقاضای آینده منجر شود؛ همان‌طور که نادیده گرفتن رشد صنعت خورشیدی نیز تصویر ناقصی از مصرف صنعتی نقره ارائه می‌دهد.

9. آینده کاربرد نقره در صنعت انرژی خورشیدی

آینده مصرف نقره در سلول‌های خورشیدی به رقابت میان رشد صنعت فتوولتائیک و پیشرفت فناوری‌های کاهش مصرف وابسته است. توسعه نیروگاه‌های بزرگ خورشیدی، افزایش ظرفیت تولید برق تجدیدپذیر و بهبود راندمان سلول‌ها می‌توانند همچنان این صنعت را به یکی از مصرف‌کنندگان مهم نقره تبدیل کنند.

در مقابل، افزایش هزینه مواد اولیه، فشار رقابتی بر تولیدکنندگان پنل و پیشرفت فناوری‌های متالیزاسیون، انگیزه برای استفاده بهینه‌تر از نقره را تقویت می‌کند. خمیرهای کم‌مصرف، خطوط چاپ باریک‌تر، پوشش‌های نقره‌ای روی مس و رسوب‌دهی الکتروشیمیایی از جمله مسیرهایی هستند که می‌توانند شدت مصرف نقره را در سال‌های آینده کاهش دهند.

نکته مهم این است که کاهش مصرف نقره در هر وات، لزوماً به معنای کاهش تقاضای کل این فلز نیست. اگر ظرفیت تولید پنل‌های خورشیدی با سرعتی بیشتر از کاهش شدت مصرف رشد کند، مجموع مصرف نقره در این صنعت همچنان می‌تواند افزایش یابد.

به همین دلیل، ارزیابی چشم‌انداز نقره باید بر پایه مجموعه‌ای از متغیرها انجام شود: ظرفیت نصب جهانی، سهم فناوری‌های مختلف، مقدار نقره مصرفی به‌ازای هر وات، سرعت تجاری‌سازی فناوری‌های جایگزین و وضعیت عرضه جهانی نقره.

10. ارتباط صنعت خورشیدی با آینده قیمت نقره

کاربرد نقره در سلول‌های خورشیدی یکی از موضوعاتی است که هنگام بررسی آینده بازار جهانی این فلز اهمیت پیدا می‌کند. برخلاف تقاضای سرمایه‌گذاری که می‌تواند تحت تاثیر انتظارات اقتصادی، نرخ بهره و جریان سرمایه تغییر کند، مصرف صنعتی نقره به نیاز واقعی صنایع و سطح تولید تجهیزات وابسته است.

گسترش فناوری‌های انرژی پاک، برق‌رسانی به صنایع و توسعه زیرساخت‌های الکتریکی می‌تواند زمینه رشد تقاضای صنعتی را فراهم کند. در این میان، انرژی خورشیدی به دلیل استفاده گسترده از سلول‌های فتوولتائیک، جایگاه مهمی دارد.

با این حال، نمی‌توان تنها بر اساس رشد انرژی خورشیدی درباره افزایش قطعی قیمت نقره نتیجه‌گیری کرد. قیمت این فلز علاوه بر تقاضای صنعتی، از وضعیت تولید معادن، بازیافت، موجودی‌های قابل‌دسترس، تقاضای سرمایه‌گذاری و شرایط اقتصاد جهانی نیز تاثیر می‌پذیرد.

برای دنبال کردن تغییرات بازار داخلی و بررسی روند قیمت این فلز، می‌توانید از صفحه قیمت روز نقره در کافه طلا استفاده کنید.

پرسش‌های متداول درباره کاربرد نقره در سلول‌های خورشیدی

منابع و مطالعات تکمیلی

برای تدوین این مقاله از پژوهش‌های علمی و گزارش‌های تخصصی حوزه فناوری فتوولتائیک استفاده شده است:

1. Design considerations for multi-terawatt scale manufacturing of existing and future photovoltaic technologies – Energy & Environmental Science, Royal Society of Chemistry.
2. Silver-lean metallization and hybrid contacts via plating on screen-printed metal for silicon solar cells manufacturing – Progress in Photovoltaics.
3. Paste-based silver reduction for iTOPCon rear side metallization – Solar Energy Materials and Solar Cells, 2024.
4. New tech reduces silver use in TOPCon solar cells by a factor of 10 – pv magazine, 10 April 2026.
5. The formation mechanism for printed silver-contacts for silicon solar cells – Nature Communications.