Record mondiale per le celle solari

Queste celle utilizzano quantitativi di materie prime cento volte inferiori a quelli delle tecnologie usuali, essendo di soli due micrometri il materiale fotovoltaico attivo

Il laboratorio del fotovoltaico (PV-Lab) della Scuola Politecnica Federale di Losanna (Epfl), che fa parte dell’Istituto della Microtecnica (IMT) a Neuchatel, ha stabilito un nuovo record mondiale di efficienza per una cella di silicio di tipo microcristallino. Con un rendimento del 10,7%, i ricercatori svizzeri hanno superato dell’0,6% il record precedente, detenuto dal 1998 dalla società giapponese Kaneca Corporation. Questa notevole efficienza è stata confermata in modo indipendente dall’Institut Fraunhofer (ISE CalLab solar cells) di Friburgo (Germania).

In un primo momento, questo risultato potrebbe apparire deludente rispetto agli standard dell’industria fotovoltaica, che propone dei moduli la cui efficienza è compresa tra il 15 e il 20%. La tecnologia fotovoltaica classica si basa tuttavia su delle ‘fette’ (wafer) di silicio cristallino aventi uno spessore di circa 180 micrometri. La tecnologia sviluppata ai PV-Lab permette al contrario di ottenere il 10,7% di rendimento con soli 1,8 micrometri di silicio, vale a dire un quantitativo di materiale 100 volte inferiore rispetto alle tecnologie classiche. Questo processo permette così di economizzare le materie prime e offre un ‘ritorno energetico’ in breve tempo: l’energia necessaria alla produzione dei moduli è recuperata in meno di un anno nelle regioni soleggiate.

Questi vantaggi si traducono in costi di produzione dei moduli dell’ordine dei 40 franchi svizzeri per metro quadrato raggiungendo il livello dei prezzi delle tegole in laterizio utilizzati per i tetti. “In questi ultimi anni è stata acquisita un’approfondita conoscenza nella progettazione delle celle, nella qualità dei materiali utilizzati e nella cattura efficace della luce che, combinata all’ottimizzazione dei processi di produzione, hanno portato a questo record di efficienza” sottolinea Simon Hänni, dottorando all’IMT. Fatto importante, il processo può facilmente essere trasferito a livello del modulo.

I progressi ottenuti sono di un’importanza primordiale per accrescere l’efficienza dei dispositivi fotovoltaici a film sottile. Una giunzione di silicio microcristallino è sistematicamente usata in combinazione con del silicio amorfo per formare dei dispositivi a giunzioni multiple, che permettono di coprire lo spettro solare in modo ottimale e di ottenere rendimenti superiori.

L’efficienza ottenuta ora dall’equipe di Fanny Meillaud e Matthieu Despeisse indica chiaramente che il potenziale delle celle a film sottile di silicio possono essere estese a dei rendimenti di conversione del 13,5% con un uso minimo di materie prime. Queste ultime, inoltre, sono abbondanti (e quindi a basso costo) e non tossiche, tanto che un modulo di silicio a film sottile contiene solo due bicchieri e qualche micron di zinco e di silicio, che permette così un facile riciclaggio.

I lavori che hanno condotto a questo risultato sono stati finanziati dall’Ufficio Federale Svizzero dell’Energia (Ofen), il programma quadro FP7 dell’Unione Europea, il Fondo Nazionale Svizzero (FNS) e la Commissione per la technologia e l’Innovazione (CTI).

École Polytechnique Fédérale de Lausanne

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