• Articolo Cambridge, 27 gennaio 2020
  • Celle solari economiche e sottili, il trucco è nel wafer di silicio

  • I ricercatori del MIT e del National Renewable Energy Laboratory hanno delineato un nuovo percorso per ridurre ulteriormente prezzi di produzione e di vendita del fotovoltaico: snellire le tradizionali celle in silicio

Ridurre a 50 micrometri lo spessore del wafer di silicio potrebbe portare a celle solari economiche e tagliare del 28% il costo dei moduli

(Rinnovabili.it) – Da sempre, uno dei grandi grattacapi dell’industria fotovoltaica è stato riuscire a creare celle solari economiche oltre che efficienti. Ottenere entrambi i requisiti, tuttavia, si è dimostrato un obiettivo difficile. Oggi il mercato fotovoltaico offre sia soluzioni ad alta resa come il film sottile in GaAs, i cui costi di fabbricazione sono ancora elevati, e prodotti low cost come il fotovoltaico organico, le cui prestazioni però sono molto limitate. Ovviamente fra questi due estremi esiste una ampia varietà di tecnologie, materiali ed approcci su cui la ricerca si sta concentrando. Uno di questi percorsi è quello inaugurato dai ricercatori del MIT e del National Renewable Energy Laboratory (NREL). Il team ha studiato la creazione di celle solari economiche a partire da wafer di silicio estremamente sottili. Questo approccio era già stato indagato quasi 12 anni fa, quando il costo del semiconduttore numero uno per il fv, aveva raggiunto prezzi esorbitanti. Ma in poco tempo era stato abbandonato: i sottili wafer di silicio si erano rivelati troppo fragili, portando a livelli inaccettabili di perdite durante il processo di fabbricazione e mostrando un’efficienza inferiore alle celle standard. 

Cosa è cambiato rispetto a ieri? L’evoluzione tecnologica.

 

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Attualmente le principali celle solari sul mercato sono realizzate con wafer di silicio spesso 160 micrometri. Il team guidato da Zhe Liu e Tonio Buonassisi, è convinto che oggi si possa arrivare ai 100 micrometri e puntare come obiettivo ultimo a 40 micrometri di spessore o anche meno. Un taglio netto che richiederebbe solo un quarto della quantità di silicio  cristallino per una data dimensione del pannello solare.

Lo studio ha esaminato i livelli di efficienza di quattro varianti dell’architettura delle celle solari, comprese le celle PERC (emettitore passivato e contatto posteriore) e altre tecnologie avanzate ad alta efficienza, confrontando le loro uscite a diversi livelli di spessore. “Con ulteriori miglioramenti nell’efficienza del modulo, un concept di dispositivo avanzato con wafer da 50 μm potrebbe potenzialmente ridurre il capex di produzione del 48 per cento, il costo del modulo del 28 per cento e l’LCOE (costo livellato dell’energia elettrica) del 24 per cento”, scrivono gli scienziati su Energy and Environmental Science (testo in inglese).

 

Il team ha anche applicato un modello di crescita sostenibile per studiare gli scenari di implementazione del fotovoltaico nel 2030. Ne è emerso che l’attuale industria fv non è in grado di raggiungere gli obiettivi climatici anche con scenari finanziari molto aggressivi; il vantaggio di una riduzione del capitale investito con i wafer sottili potrebbe invece sbloccare la situazione, facilitando una più rapida adozione dell’energia solare.

“L’efficienza può aumentare solo di qualche punto percentuale. Quindi, se vuoi ottenere ulteriori miglioramenti, la strada da percorrere è quella inerente lo spessore”, ha aggiunto Buonassisi. Ma la conversione, sottolineano i ricercatori, richiederà ingenti investimenti di capitale per una distribuzione su vasta scala.

 

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