Una soluzione alla rottura per celle solari durevoli
Le normali celle solari in silicio sono composte da wafer molto sottili, solitamente spessi circa 200 micron. Sebbene abbiano una certa capacità di flettere, esse possono subire delle cricche che sono spesso indotte da forze meccaniche o stress termici. Queste microcricche sono talmente piccole da essere impossibili da vedere a occhio nudo, rendendo difficile la loro individuazione. «Le microcricche possono essere causate in particolare da una cattiva movimentazione delle celle solari durante la loro produzione, da danni durante il trasporto o l’installazione dei moduli o dall’esposizione a vari fattori climatici che producono un impatto», evidenzia il prof. Marco Paggi, responsabile del progetto PHYSIC finanziato dall’UE. Sulla scia della pionieristica ricerca condotta da un altro progetto finanziato dal Consiglio europeo della ricerca, i ricercatori al lavoro su PHYSIC hanno concluso che tutte le cause della fessurazione nelle celle solari in silicio sono connesse principalmente alla fragilità del materiale. Pertanto, la tendenza dell’industria di ridurre lo spessore delle celle solari per risparmiare materiale può incrementare le conseguenze della fessurazione ed essere dannosa per la durata del modulo fotovoltaico. Un piccolo stress incrementa la conducibilità Per trovare un possibile rimedio alla formazione delle cricche, i ricercatori hanno adottato una prospettiva meccanica per affrontare il problema. Alla base del loro approccio c’era la considerazione che le celle solari non sono componenti isolati, ma sono al contrario integrate in una struttura laminata composta da vari strati di materiali differenti, tra cui vetro e polimeri. La squadra ha concentrato l’attenzione sulle tensioni residue presenti durante il processo di laminazione, che sono causate dalle differenti proprietà termoelastiche dei vari materiali. «Un’attenta analisi ha portato alla scoperta che esercitando una debole tensione residua di compressione sulle celle solari dopo la fabbricazione del modulo si può incrementare la conducibilità elettrica attorno a qualsiasi cricca. A causa di queste auspicabili tensioni residue, le cricche tendono a chiudersi, lasciandosi attraversare liberamente dalla corrente elettrica», spiega il prof. Paggi. Applicando un’innovativa tecnica di precompressione sul materiale dello strato esterno, ossia l’ultimo strato polimerico che forma la struttura laminata e che si trova in posizione opposta al vetro, i ricercatori sono riusciti a incrementare la quantità di tensione di compressione nel silicio e hanno ottenuto una chiusura della cricca per la maggior parte delle fessurazioni. I dati dell’elettroluminescenza relativi alle celle solari fessurate, prima e dopo il trattamento, hanno fornito prove evidenti che le porzioni scure della cella solare erano diventate nuovamente conduttive dopo la tecnica di precompressione appena proposta. La resistenza alle cricche è importante PHYSIC ha svelato una nuova generazione di moduli fotovoltaici che mostrano una resistenza superiore alla fessurazione. L’approccio del progetto dipendeva da principi fondamentali della meccanica dei compositi che erano stati finora ignorati dai produttori del settore fotovoltaico. «Il fatto di trascurare le questioni relative alla degradazione del materiale si può dimostrare molto dannoso per il funzionamento dei moduli fotovoltaici, portando a perdite di energia elettrica molto superiori a quella che si è risparmiata concentrandosi sull’incremento dell’efficienza di conversione dell’energia solare», aggiunge il prof. Paggi.
Parole chiave
PHYSIC, fessurazione, moduli fotovoltaici, precompressione, silicio, tensioni residue, conducibilità, chiusura cricca
