Fotovoltaico più sottile e più economico
Le celle solari basate su costosi wafer di silicio (Si) monocristallino rappresentano la maggioranza dei dispositivi che si vendono oggi. Le celle solari Si a film sottile riducono significativamente i costi, ma la loro efficienza è pari o inferiore alla media. Per incoraggiare una diffusa adozione da parte del mercato, le nuove tecnologie attualmente in fase di sviluppo saranno molto più efficienti ma con costi più bassi. L’obbiettivo del progetto PHOTONVOLTAICS (Nanophotonics for ultra-thin crystalline silicon photovoltaics) era quello di rendere possibile lo sviluppo di una nuova tecnologia della cella solare. Questo includeva la nano testurizzazione, che dovrebbe accrescere le proprietà ottiche al di sopra degli attuali limiti. Differenti tecnologie di litografia, ovvero nanostampa, colloidale buco-maschera e litografie a interferenza laser, sono state valutate sulla base della loro capacità di integrare gli speciali nanopattern con il fotovoltaico a silicio cristallino (c-Si). Con le tecniche di litografia scelte per il loro potenziale basso costo si è resa necessaria una quantità significativamente inferiore di Si, con conseguente riduzione dei costi. In quanto progetto ad alto rischio nell’ambito delle tecnologie emergenti e future, PHOTONVOLTAICS si è posto degli obbiettivi ambiziosi. Gli scienziati si sono proposti di dimostrare che la modellatura su nanoscala supera la testurizzazione casuale standard, consentendo quindi all’assorbimento della luce di superare i limiti generalmente accettati. Allo stesso tempo, i ricercatori hanno cercato il più elevato aumento della corrente di corto circuito mai ottenuto con la tecnologia c-Si e con uno spessore inferiore a 40 μm. Questo ha richiesto di spingersi oltre a un semplice miglioramento dell’assorbimento della luce da parte del c-Si e di convertire elettricamente questa luce in una corrente effettiva nella cella, senza però danneggiare le sue proprietà elettriche. Il progetto ha portato allo sviluppo di una serie di potenti strumenti per modellare celle solari realistiche con una gamma molto ampia di tracciati. Esso inoltre specifica delle linee guida per l’integrazione efficiente di strutture nanofotoniche nelle celle solari c-Si a film sottile. Questa tecnica è stata dimostrata dallo sviluppo di celle ultra sottili con densità incrementate della corrente di corto circuito, senza alcuna perdita nelle loro proprietà elettriche. Questo ha portato a un’efficienza nella conversione dell’energia più che raddoppiata. Inoltre, i ricercatori hanno valutato le proprietà ottiche ed elettriche di una grande varietà di nanopattern prodotti usando le tre differenti tecniche di litografia. I risultati hanno consentito agli scienziati di identificare le condizioni più promettenti per l’integrazione della cella. I risultati di PHOTONVOLTAICS permetteranno all’UE di diventare un leader globale nelle tecnologie innovative, sia per l’energia che per le superfici strutturate a basso costo in generale.
Parole chiave
Fotovoltaico, cella solare, assorbimento luce, silicio, film sottile, PHOTONVOLTAICS, litografia
