È disponibile una nuova generazione di celle solari sovrapposte
Nei moduli solari a film sottile, uno strato di silicio spesso circa 3 μm viene applicato su un substrato, e non necessita di essere ritagliato con precisione dai costosi wafer . Tali moduli solari in silicio a film sottile composti da due strati posti uno sopra l’altro, i quali assorbono diverse frazioni della luce, sono particolarmente efficienti. Tuttavia, le alte efficienze vengono guadagnate a scapito di una maggiore complessità. Ogni strato è suddiviso in diversi sottolivelli che si influenzano a vicenda in modo complesso. Poiché tali interazioni sono difficili da prevedere, le celle solari industriali in silicio a film sottile si basano su precise combinazioni relative a componenti e substrati. Nell’ambito del progetto FAST TRACK (Accelerated development and prototyping of nano-technology-based high-efficiency thin-film silicon solar modules), finanziato dall’UE, gli scienziati hanno unito le loro competenze per combinare i migliori componenti possibili. Armonizzando diversi approcci per la gestione della luce e l’ottimizzazione dei materiali che ne assorbono l’energia, è stata progettata una nuova generazione di moduli solari in silicio a film sottile con un’efficienza del 12 %. I costi corrispondenti dovrebbero essere inferiori a 0,5 euro per watt di potenza nominale. Per raggiungere questa efficienza così alta, gli scienziati hanno effettuato esperimenti con vari nanomateriali e strati ottici funzionali, ma hanno anche ridefinito l’intera catena di produzione. Essi si sono concentrati sul miglioramento relativo a fattore di riempimento e tensione di circuito aperto, allo scopo di aumentare l’efficienza finale di conversione dell’energia dei moduli solari in silicio a film sottile. Sia le proprietà ottiche che quelle elettroniche dei vari strati sono state potenziate in modo efficace mediante l’utilizzo di nuovi nanomateriali come per esempio l’ossido di silicio nanocristallino. La solida struttura di questo materiale multifase dimostra possedere un maggior grado di libertà rispetto al silicio puro. Anche le condizioni della superficie relativa agli strati superiori e inferiori sono state studiate. Le strutture su scala nanometrica hanno contribuito a migliorare l’assorbimento della luce. La testurizzazione è stata effettuata mediante nano-imprinting su vetro e nuove attrezzature per incisione all’acquaforte degli strati di ossido di zinco conduttivo trasparente. Frutto della stretta collaborazione tra partner di ricerca e industriali, il progetto FAST TRACK ha prodotto dei miglioramenti dell’efficienza di conversione energetica, riducendo i costi di produzione. Tali avanzamenti in prima linea della tecnologia in silicio a film sottile sono già stati attuati in produzione.
Parole chiave
Celle solari, moduli solari in silicio a film sottile, silicio cristallino, nano-imprinting
