Grazie ad una metallizzazione in rame gli scienziati del Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems hanno prodotto delle celle solari a eterogiunzione di silicio con quantità di argento così ridotte da segnare un record
© Fraunhofer ISE / Foto: Andreas Lorenz
Celle solari SHJ con contatti posteriori in rame al 100%
Le celle solari a eterogiunzione di silicio (SHJ – Silicon HeteroJunction) sono state messe a dieta, riducendo drasticamente la loro “razione” d’argento. A prescrivere il nuovo regime è un team di scienziati del Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (ISE) che all’interno del progetto di ricerca HIT, è riuscito ad abbassare il consumo d’argento ad appena 1.4 milligrammi per watt di picco. Ossia circa un decimo dell’attuale standard nella produzione fotovoltaica industriale.
Come ci sono riusciti? Grazie “alla combinazione bilanciata di pasta argento-rame sul lato anteriore e pasta di rame puro sul lato posteriore”, spiega Sebastian Pingel, ricercatore associato presso il Fraunhofer ISE. Una risultato reso possibile anche grazie ad un processo di stampa dei contatti ottimizzato.
L’uso dell’argento nel fotovoltaico
Attualmente l’industria fotovoltaica è uno dei grandi consumatori d’argento a livello mondiale. Ogni modulo contiene in media 20 grammi di Ag, equivalenti a circa il 6,1% del costo totale di realizzazione di ciascuna unità. Un quantitativo che rende oggi le celle solari responsabili di circa il 30% di tutta la domanda industriale di questo prezioso metallo (dati The Silver Institute).
Domanda che è destinata a crescere con l’aumento delle installazioni e, in teoria, anche con la diffusione delle tecnologie bifacciali e in particolare con quelle ad eterogiunzione.
Per questioni di lavorazione e di design, infatti, le celle HTJ hanno bisogno di quantitativi maggiori di argento rispetto alle celle PERC e TOPCon. Nel dettaglio, si stimano fino a 22 milligrammi di argento per watt di picco. Fabbisogno, in ogni caso, non sostenibile sul lungo termine.
Rame al posto dell’argento
Ecco perché uno dei grandi obiettivi dell’industria di settore è proprio quello di ridurre il più possibile l’utilizzo di tale metallo. Come? Tra le possibilità più promettenti c’è l’impiego del rame, opzione che ha già dato importanti risultati. Nel 2021 l’australiana SunDrive Solar ha creato una cella solare tradizionale con un’efficienza del 25,54% e impiegando esclusivamente contatti in rame.
In questo contesto il Fraunhofer ISE ha ottenuto un ottimo risultato con le celle solari SHT. Gli scienziati hanno ridotto significativamente il contenuto di argento nella pasta di metallizzazione per la metallizzazione del lato anteriore e hanno sostituito completamente l’argento con pasta di rame sul lato posteriore. Arrivando ad appena 1.4 milligrammi per watt di picco.
Simulazione e serigrafia
Un processo di stampa ottimizzato ha inoltre garantito contatti elettrici molto sottili.
Merito dell’impiego di simulazioni approfondite attraverso un nuovo strumento appositamente sviluppato: “GridMaster”. “È emerso che la selezione di una configurazione ottimale dei retini gioca un ruolo altrettanto importante della scelta della pasta di metallizzazione per ridurre il consumo di argento”, afferma Andreas Lorenz, responsabile di progetto presso il Fraunhofer ISE. “Utilizzando nuovi retini a maglie ultrafini, siamo stati in grado di stampare una metallizzazione frontale a linea sottile con aperture fino a 17 micrometri, considerevolmente più sottili di un capello umano.”
