Introducción: Por qué este estudio es importante ahora

Este artículo se basa en el artículo de Nature Communications publicado en línea en febrero de 2026, “Maximising environmental savings from silicon photovoltaics manufacturing to 2035” por Bethany L. Willis et al. El estudio proporciona una de las comparaciones de ciclo de vida más completas entre la fabricación fotovoltaica PERC y TOPCon, extendiendo el análisis desde los datos de producción actuales hasta los escenarios tecnológicos y de red de 2035.

A finales de 2023, la capacidad instalada global de energía solar fotovoltaica ya había superado los 1 TWp. En escenarios de descarbonización a largo plazo, esa cifra podría alcanzar alrededor de 80 TWp para 2050. Este crecimiento es esencial para la transición energética, pero también crea una carga de fabricación que a menudo se subestima. Estimaciones anteriores sugirieron que la propia fabricación fotovoltaica podría consumir hasta el 11% del presupuesto de carbono global restante bajo una trayectoria de 1.5 °C.

El momento es importante porque la industria principal del silicio cristalino se está moviendo rápidamente de PERC hasta TOPCon. TOPCon ofrece mayor eficiencia, pero su estructura de célula, dopantes, capas de pasivación y metalización difieren significativamente de PERC. La pregunta clave es simple pero difícil: ¿la mayor eficiencia reduce el impacto ambiental, o la complejidad adicional de material y proceso compensa la ganancia?

El estudio utiliza un análisis de ciclo de vida de la cuna a la puerta, cubriendo la cadena desde la minería de cuarzo hasta la fabricación de obleas, celdas, módulos y el envío a Europa Central. La unidad funcional es " 1 Wp, y la evaluación de impacto sigue el método EU EF v3.1 en 16 categorías. Los supuestos de desarrollo tecnológico se basan en la hoja de ruta ITRPV 2024, mientras que la descarbonización de la electricidad sigue el escenario de bajo costo de tecnología cero carbono de la EIA 2023. Las regiones de fabricación incluyen China, India, Estados Unidos y Europa, con análisis Monte Carlo para probar la incertidumbre.

PERC vs TOPCon: Mejor en 15 Categorías, Peor en Una

Bajo el escenario base de 2023 de fabricación china y entrega a Europa Central, TOPCon se desempeña mejor que PERC en 15 de 16 categorías de impacto ambiental por unidad de Wp. La única categoría en la que TOPCon se desempeña peor es uso de recursos metálicos y minerales.

Fig.1 | Comparación normalizada de seis categorías de impacto principales entre PERC y TOPCon, con diferencias porcentuales.

El aumento del +15.2% en el impacto de recursos metálicos está vinculado en gran medida a la plata. En las células PERC, la metalización del lado posterior utiliza una combinación de plata y aluminio. En las células TOPCon, tanto la metalización frontal como la posterior dependen más de la pasta de plata. Como resultado, aunque TOPCon produce más potencia por área, su demanda de plata por Wp sigue siendo una preocupación ambiental crítica.

Esta es la primera capa de la paradoja: TOPCon es más limpio en la mayoría de las categorías de ciclo de vida, pero su huella metálica puede ser peor debido a la metalización intensiva en plata.

Análisis de Puntos Críticos: La Electricidad Domina el Carbono, la Plata Domina el Uso de Metales

El estudio divide la fabricación de módulos TOPCon en cuatro etapas principales: producción de obleas, producción de celdas, ensamblaje de módulos y transporte a Europa Central. Los resultados muestran que diferentes categorías ambientales están controladas por puntos críticos muy diferentes.

La producción de obleas es el mayor punto crítico de carbono

La etapa de obleas domina 12 de las 16 categorías de impacto. En las seis categorías clave destacadas por el artículo, el uso de electricidad relacionado con las obleas contribuye fuertemente a:

Más del 85% de la demanda de electricidad de las obleas proviene de reducción de polisilicio y estiramiento de cristal Czochralski. En términos prácticos, la huella de carbono de un módulo solar está fuertemente determinada por la combinación eléctrica utilizada aguas arriba en la producción de polisilicio y lingotes.

La producción de celdas es el punto crítico de uso de metales

La etapa de celdas es la única donde el uso de recursos metálicos se vuelve dominante. La metalización con pasta de plata representa 53.0% del uso total de metales del módulo y 98.3% del uso de metales dentro de la etapa de celdas. Otros puntos críticos de la etapa de celdas incluyen silano para deposición de poli-Si y PECVD, electricidad de recocido y emisiones de NMVOC por limpieza con solventes.

El ensamblaje de módulos está impulsado por vidrio, cobre y estaño

La etapa de módulos contribuye fuertemente a la toxicidad humana y al uso del suelo. Los materiales clave incluyen vidrio frontal, carbonato de sodio, aceite pesado utilizado en la producción de vidrio, cobre y estaño. El estaño se usa en cantidades relativamente pequeñas, pero su contribución a los indicadores de uso de metales sigue siendo notable.

El transporte está dominado por el envío marítimo, pero el flete marítimo sigue siendo relativamente eficiente

Para la entrega de China a Europa, los impactos del transporte están dominados por el transporte marítimo en términos absolutos. Sin embargo, por tonelada-kilómetro, el flete marítimo sigue siendo mucho más limpio que el transporte por carretera. El transporte contribuye especialmente a la formación de ozono fotoquímico debido a los combustibles de hidrocarburos y la infraestructura logística.

Fig.2 | Contribución de puntos críticos de las etapas de oblea, celda, módulo y transporte en seis categorías de impacto principales.

Región de fabricación y proyección temporal: Europa lidera, pero 2035 trae un giro

El artículo modela entonces la fabricación de TOPCon en China, India, Estados Unidos y Europa desde 2023 hasta 2035. Considera tanto las mezclas eléctricas actuales como los futuros escenarios de redes descarbonizadas. Parámetros tecnológicos como eficiencia, uso de plata, consumo de polisilicio y espesor de oblea mejoran año tras año según los supuestos de ITRPV.

Fig.3 | Seis categorías de impacto principales por región de fabricación de 2023 a 2035. Las líneas sólidas representan las redes actuales; las líneas discontinuas representan las redes descarbonizadas futuras.

Varios hallazgos destacan.

El resultado más contraintuitivo es la paradoja del uso de metales. Un sistema eléctrico más limpio reduce las emisiones de carbono, pero la infraestructura de energía renovable puede requerir más metales escasos. En EF v3.1, metales escasos como la plata y los elementos de tierras raras tienen altos factores de caracterización. Bajo los supuestos de redes futuras, Estados Unidos se convierte en el caso de mayor uso de metales para 2035, mientras que Europa sigue siendo el más bajo porque su escenario de red tiene una participación de PV relativamente menor.

En otras palabras, la descarbonización mejora el balance climático pero puede empeorar el balance de recursos minerales si el sistema depende de infraestructura de energía limpia intensiva en metales.

Despliegue global hasta 2035: Se pueden evitar hasta 8.2 Gt CO₂eq

Usando las proyecciones de envío de ITRPV, el estudio asume que PERC sale del mercado para 2034 mientras que TOPCon se convierte en el sucesor dominante. Luego calcula los impactos acumulativos de fabricación global bajo diferentes escenarios regionales de fabricación y red.

Fig.4 | Impactos acumulativos del cambio climático y del uso de metales para el despliegue global de PERC y TOPCon. Las regiones sombreadas indican la diferencia entre los escenarios de red actual y futuro.

Los resultados clave incluyen:

• Las emisiones acumulativas de fabricación de PERC y TOPCon antes de 2035 podrían alcanzar un límite superior de aproximadamente 13.8 Gt CO₂eq.

• Optimizar la ubicación de fabricación y descarbonizar la electricidad podría reducir esto hasta en 8.2 Gt CO₂eq.

• Ese ahorro equivale aproximadamente a 13.9% de las emisiones netas globales de gases de efecto invernadero antropogénicas en 2019.

• Trasladar la fabricación de China a Europa bajo el escenario futuro asumido de la EIA podría reducir el GWP acumulativo en otro 49.5%.

• El impacto del uso de metales aumenta a medida que las redes se descarbonizan, con Europa obteniendo el mejor rendimiento y Estados Unidos el peor bajo supuestos futuros.

El beneficio energético sigue siendo muy fuerte. Se espera que los módulos fabricados de 2023 a 2035 generen alrededor de 94,602 TWh durante los primeros 12 años de su vida útil asumida de 30 años. Sus emisiones de fabricación se estiman en alrededor de 2.26 Gt CO₂eq. Producir la misma electricidad con redes regionales futuras emitiría entre 27 y 67 Gt CO₂eq. Incluso bajo supuestos conservadores, las emisiones evitadas superan 25 Gt CO₂eq.

Fig.5 | Intensidad de carbono del ciclo de vida de la energía solar fotovoltaica en comparación con la intensidad eléctrica futura de la red regional.

Análisis de sensibilidad: la combinación de red y las opciones tecnológicas cambian el resultado

El estudio realiza varias pruebas de sensibilidad para identificar qué palancas importan más.

La intensidad de carbono de la subred importa más que las etiquetas de país

Fig.6 | Rangos de GWP en subredes de cuatro regiones. Las líneas negras muestran la referencia de red promedio utilizada en el modelo principal.

China tiene el rango de subred más amplio, desde aproximadamente 0.32 a 0.58 kg CO₂eq/Wp. La subred china con menor contenido de carbono se acerca al caso de referencia europeo. Esto significa que la etiqueta "hecho en China" o "hecho en Europa" es demasiado amplia para una contabilidad de carbono rigurosa. La conexión real a la red, el acuerdo local de compra de energía y el acceso directo a electricidad renovable pueden determinar si un módulo cumple con umbrales de bajo carbono como EPEAT Climate+.

El carbón es el insumo fósil más sensible

Fig.7 | Impacto de cambios del ±5% en las participaciones individuales de combustibles en 16 categorías ambientales.

Un cambio del ±5% en la participación del carbón tiene el efecto más fuerte en nueve categorías, incluyendo un cambio del +4.8% en el GWP. La energía nuclear afecta fuertemente los indicadores de radiación ionizante pero tiene efectos menores en otros. La hidroeléctrica es la única fuente renovable que reduce las 16 categorías en esta prueba de sensibilidad, lo que sugiere que la fabricación de paneles fotovoltaicos alimentada por hidroeléctrica puede ser particularmente favorable desde una perspectiva de ACV.

Cuatro palancas técnicas definen la próxima etapa de la sostenibilidad fotovoltaica

Fig.8 | Sensibilidad de la mejora de eficiencia, reducción de plata a 5 mg/W, reducción de electricidad de obleas y reducción de silano.

El objetivo de plata de 5 mg/W proviene del umbral de sostenibilidad de múltiples teravatios discutido por Haegel et al. en Science 2023. Lograrlo reduciría drásticamente el impacto del uso de metales, pero no resuelve los impactos de carbono, material particulado o energía fósil. Por eso la reducción destacada en el uso de plata no es toda la historia ambiental.

La verificación de incertidumbre Monte Carlo confirma la conclusión principal

Fig.9 | Resultados de confianza Monte Carlo en 16 categorías de impacto ambiental.

Después de 10,000 ejecuciones Monte Carlo, PERC muestra un impacto mayor que TOPCon en más del 70% de las simulaciones para 11 de las 16 categorías. Para el cambio climático, el nivel de confianza es 71.5%. Para el agotamiento de la capa de ozono, alcanza 98.7%. El uso de metales se mueve en la dirección opuesta con 95.8% de confianza, confirmando que TOPCon es muy probable que consuma más recursos metálicos bajo los supuestos de referencia.

Implicaciones para la industria: La transición a TOPCon es positiva, pero no automáticamente sostenible

Los hallazgos llevan a varias conclusiones prácticas para la industria de fabricación solar.

• TOPCon reemplazando a PERC es ambientalmente positivo en general, pero la plata se convierte en un problema de ciclo de vida, no solo de costo. Por lo tanto, las tecnologías de recubrimiento de cobre y apilamiento Ni/Cu/Ag no son solo opciones de reducción de costos; también son importantes para reducir los indicadores de recursos metálicos.

• La electricidad de oblea es el mayor punto crítico climático. La reducción de polisilicio y el estirado de cristales son los procesos centrales a observar. Para el cumplimiento de la huella de carbono, la ubicación de fabricación debe evaluarse a nivel de subred, no simplemente por país.

• La electricidad baja en carbono puede crear una compensación mineral. Una red descarbonizada reduce el GWP, pero si la expansión de la red depende en gran medida de sistemas renovables intensivos en metales, los indicadores de uso de metales pueden aumentar.

• La mejora de la eficiencia es la palanca más limpia para todas las categorías. Una mayor eficiencia del módulo reduce el área, los materiales y la demanda de energía por Wp en toda la cadena de valor. TOPCon tiene una palanca de eficiencia más fuerte que PERC, pero ese beneficio debe protegerse reduciendo el consumo de plata.

Opinión de Ooitech

Como proveedor de equipos que trabaja estrechamente con líneas de fabricación de módulos solares, vemos la transición a TOPCon como un recordatorio de que una mayor eficiencia de celda por sí sola no es suficiente para definir una ruta de producción verdaderamente sostenible. Las decisiones más importantes a nivel de fábrica serán la preparación para procesos de reducción de plata, el abastecimiento de electricidad del lado de la oblea y un control de proceso estable que pueda convertir las ganancias de eficiencia en ahorros reales de material por Wp. Para futuras líneas de módulos, especialmente aquellas diseñadas para TOPCon o productos de tipo n de próxima generación, el rendimiento ambiental dependerá cada vez más de qué tan bien se integren el diseño de equipos, materiales y la estrategia energética de la fábrica.