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Gli scienziati guardano alla crosta terrestre per far progredire in modo sicuro la tecnologia fotovoltaica

Lo sviluppo di tecnologie fotovoltaiche (FV) prive di materie prime essenziali è di grande rilevanza per l’Europa. Un team finanziato dall’UE sta sviluppando una tecnologia che evita l’uso di tutti gli elementi identificati dalla Commissione europea come materie prime essenziali.

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Il progetto STARCELL è stato creato per promuovere lo sviluppo di una tecnologia FV a pellicola sottile basata esclusivamente su materiali che sono abbondanti nella crosta terrestre. Si tratta di un’impresa fondamentale in quanto le principali soluzioni fotovoltaiche disponibili sul mercato contengono almeno un elemento che la Commissione europea considera come a elevato rischio di approvvigionamento, ossia una materia prima essenziale. L’indio, ampiamente utilizzato nell’industria dei semiconduttori e nella produzione di rivestimenti, è uno di questi elementi. Il progetto si unisce alle principali istituzioni in Europa in prima linea nello sviluppo di questa tecnologia. Insieme a partner provenienti dal Giappone e dagli Stati Uniti, STARCELL sta lavorando «per identificare e risolvere i principali problemi fondamentali che attualmente limitano l’efficienza di conversione dei dispositivi a celle solari», riferisce il dott. Edgardo Saucedo, coordinatore del progetto. Agevolare il passaggio verso materiali a basso rischio di approvvigionamento I materiali designati appartengono a un gruppo di semiconduttori generalmente denominati kesterite e formati da rame, zinco, stagno, zolfo e selenio. Questi elementi sono considerati a basso rischio di approvvigionamento per l’Europa. La kesterite presenta anche proprietà molto simili a un’altra famiglia di materiali rilevanti per il fotovoltaico, ossia le calcopiriti. «Ciò garantisce che la maggior parte delle fabbriche che producono Cu(In,Ga)(S,Se)2, la tecnologia fotovoltaica a pellicola sottile più rilevante in Europa, possano facilmente integrare la loro produzione con la kesterite o effettuare una transizione verso il suo uso esclusivo», rivela il dott. Saucedo. STARCELL punta a un'efficienza dei dispositivi nell’intervallo del 15-18 %. «Tutto questo è molto impegnativo per queste tecnologie», spiega il coordinatore, «ma molto competitivo considerando che la kesterite è costituita da materiali relativamente economici, che possono avere un forte impatto sulla riduzione dei costi delle tecnologie fotovoltaiche». Sfide all’efficienza e alle limitazioni di conversione Tra tutti i risultati ottenuti grazie agli sforzi di STARCELL, il dott. Saucedo ritiene che uno dei più significativi sarà «la combinazione di modellizzazione dei materiali, sintesi personalizzata e caratterizzazione avanzata per identificare i principali meccanismi che limitano ulteriori progressi nell’efficienza di conversione dei dispositivi a celle solari». Anche soluzioni basate su strategie di drogaggio e produzione di leghe vengono applicate con successo. «Lo sviluppo di soluzioni innovative consente efficienze riproducibili nell’intervallo dell’11-13 %», afferma il dott. Saucedo. Egli aggiunge che tali progressi gettano anche le basi per portare la kesterite al livello di preparazione tecnologica 5 entro la fine del progetto, nel 2019. «Ci sono ancora molte sfide da risolvere in questo materiale molto complesso e affascinante», continua il coordinatore, sottolineando che le principali sfide sono legate alla comprensione dei limiti di efficienza più rilevanti. Nonostante ciò, «tutte queste sfide sono oggetto di intensa ricerca in STARCELL». Impatto futuro La tecnologia STARCELL può avere un impatto a lungo termine sul consolidamento di un settore fotovoltaico europeo strategico. Il dott. Saucedo continua: «Essendo completamente priva di materie prime essenziali, la kesterite è compatibile con la produzione di massa di moduli fotovoltaici senza alcun vincolo di materiali, riducendo i rischi di approvvigionamento per il settore». Promette inoltre benefici per i cittadini europei. L’accesso a una tecnologia fotovoltaica completamente sostenibile che può essere integralmente prodotta in Europa migliorerà la sicurezza energetica, creerà posti di lavoro di alta qualità e contribuirà a migliorare la percezione della società per quanto concerne la produzione di energia verde. La continuazione del lavoro di progetto mira anche a «fornire spunti rilevanti per lo sfruttamento e la commercializzazione futuri della tecnologia».

Parole chiave

STARCELL, FV, kesterite, materia prima essenziale, tecnologia fotovoltaica, efficienza di conversione, cella solare, basso rischio di approvvigionamento, moduli fotovoltaici, fotovoltaico

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