Un passo in avanti nell’efficienza delle celle solari
Il fotovoltaico (FV) – ovvero la tecnologia che è alla base della produzione di elettricità dal sole – sta diventando sempre più competitivo man mano che diminuiscono i costi di produzione dei moduli basati sul silicio cristallino. Questo sta alimentando una nuova generazione di dispositivi fotovoltaici ad altissima efficienza come ad esempio quelli sviluppati dal progetto HERCULES. L’efficienza della cella solare indica la porzione della luce solare disponibile che può essere trasformata in elettricità mediante il fotovoltaico. “Più efficienza significa più Watt generati e quindi in sostanza si riduce il costo di ciascun modulo,” afferma Delfina Munoz del dipartimento di tecnologie solari presso la Commissione francese per le energie alternative e l’energia atomica (CEA), il partner coordinatore del progetto. “Inoltre, ci consente di utilizzare meno spazio per la stessa capacità energetica e questo riduce anche i costi di produzione associati,” aggiunge. Con 15 partner, provenienti da Francia, Germania, Svizzera, Spagna, Norvegia, Paesi Bassi e Ungheria e coordinato da CEA e INES (l’Istituto nazionale per l’energia solare), HERCULES ha superato le difficoltà tecniche legate al miglioramento delle attuali prestazioni della cella solare. Munoz spiega che, “Il limite teorico dell’efficienza delle celle solari al silicio è pari a circa il 29 %. Raggiungere anche solo il 25 % è un compito difficile che richiede l’ottimizzazione e la quasi perfezione di tutti i parametri che influiscono sull’efficienza.” HERCULES ha tentato di migliorare l’efficienza usando una nuova progettazione che renderà possibile una produzione semplice, efficiente ed economica dei dispositivi fotovoltaici. Le attuali celle solari funzionano con un’efficienza tra il 18 e il 20 %. La loro idea è quella di sviluppare innovative strutture del dispositivo basate su una forma di silicio a singolo cristallo (silicio monocristallino di tipo n o c-Si) ma la loro progettazione integra sia la tecnologia a eterogiunzione bifacciale (SHJ) che quella del contatto posteriore interdigitato (IBC). Una cella solare SHJ combina strati di silicio monocristallino e amorfo, una struttura che riduce al minimo la perdita di potenza. La tecnologia IBC consente a una maggiore corrente di passare collocando i contatti sulla parte posteriore della cella. Questo elimina gli effetti di schermatura causati dalla presenza di altri materiali sulla superficie del dispositivo. La schermatura è una delle principali cause di perdite in un sistema FV e può avere un effetto sproporzionato abbassando l’energia prodotta dall’intera superficie del dispositivo. Durante il progetto triennale, completato nel mese di novembre del 2016, il consorzio HERCULES ha sviluppato con successo celle solari SHJ con superficie ampia che raggiungono un’efficienza pari a quasi il 23 % su scala di laboratorio. I partner del progetto Meyer Burger in Svizzera e INES in Francia hanno sviluppato linee pilota e sono in grado di produrre 2 400 wafer solari all’ora. Essi hanno anche dimostrato la prontezza commerciale portando su scala industriale la produzione di oltre 100 000 celle SHJ con efficienze superiori al 22 %. Il consorzio ha inoltre fabbricato una cella IBC con un’efficienza superiore al 24 % e ha prodotto industrialmente 1 200 di queste celle. Inoltre, essi hanno progettato dispositivi ad alta efficienza combinati IBC-SHJ con efficienze superiori al 22,5 % e il progetto ha lavorato a nuove soluzioni di progettazione per collegare le celle solari nei pannelli in modo più efficiente. “Una delle chiavi per il successo è quella di tenere bassi i costi. Noi abbiamo dimostrato un costo totale di possesso inferiore a 0,4 USD per Watt (alla massima potenza, quando messe in funzione con pieno irradiamento solare) sia per la tecnologia IBC che per quella SHJ,” dice Munoz. “Questa misura determina i costi diretti e indiretti del possesso e i nostri dispositivi ad altissima efficienza sono già in grado di uguagliare i costi degli attuali pannelli solari.”
Parole chiave
HERCULES, fotovoltaico altissima efficienza, energia solare, celle solari contatto posteriore, eterogiunzione bifacciale (SHJ) e contatto posteriore interdigitato (IBC)
