RICERCA ITALIANA     

Studio e sviluppo di un processo di realizzazione di celle solari flessibili a film sottile di CdTe/CdS

Università degli Studi di Verona

Abstract

L’energia solare é una delle energie più abbondanti, non inquinanti e rinnovabili sul nostro pianeta.
Il materiale più usato per le celle fotovoltaiche é il silicio cristallino ma l’alto costo di produzione di queste celle é un ostacolo per applicazioni su larga scala. Nell’ultima decade un considerevole lavoro é stato fatto nello sviluppo di celle solari a film sottili per sostituire le costose celle solari di silicio. Gli incentivi sono utili a promuovere la diffusione degli impianti fotovoltaici, ma affinché la quantità di energia elettrica così prodotta possa diventare confrontabile con quella derivante dalle fonti tradizionali, i moduli devono essere fabbricati su scala industriale, con volumi di produzione di decine di chilometri quadrati l'anno. Per raggiungere questo obiettivo i moduli fotovoltaici devono soddisfare tre requisiti fondamentali:

1. essere poco costosi,
2. essere efficienti,
3. essere stabili nel tempo.

I dispositivi oggi in commercio non riescono a rispondere contemporaneamente a tutti e tre i requisiti sopra elencati, soprattutto a quello riguardante il costo.
Le celle solari a film sottili utilizzano una quantità di materiale minima tanto che il costo del materiale attivo incide del 10% mentre il restante costo del materiale é dovuto al vetro. Per questo motivo, a differenza di materiali massivi come il silicio cristallino, se si sostituisce il supporto rigido con uno flessibile, il >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Alessandro Romeo Università degli Studi di VERONA

Obiettivo del Programma di Ricerca

La realizzazione di un dispositivo fotovoltaico flessibile a film sottile di CdTe che sia al tempo stesso performante (con efficienze maggiori del 12%) e stabile (non subisca degradazione dell’efficienza sul lungo termine) è il fine ultimo di questo progetto di ricerca.
Dal punto di vista scientifico questo significa andare a fondo nelle implicazioni del processo di realizzazione della cella fotovoltaica, in particolare studiare l’interazione tra il supporto flessibile e gli strati che vi vengono sopra depositati. Sia dalla letteratura, sia da precedenti lavori, è infatti noto che le proprietà fisiche ed elettriche degli strati sono fortemente dipendenti dal substrato su cui si deposita. Di conseguenza il fatto di utilizzare un substrato del tutto nuovo implica una profonda conoscenza delle proprietà chimico-fisiche dei semiconduttori forma policristallini e delle relative dinamiche di crescita.
E’ chiaro che strati con diverse caratteristiche strutturali si interfacciano tra loro in modo differente, utilizzare quindi un substrato diverso da quello standard obbliga quindi ad uno sforzo per adattarvi la struttura del dispositivo stesso.
Un materiale polimerico così come una lamina metallica, oltre ad avere una struttura morfologica estremamente diversa rispetto a quella di un vetro, può anche dare problemi di diffusione di elementi prevalentemente metallici all’interno degli strati del dispositivo degradando la cella o influenzandone il suo corretto >>>

Risultati parziali attesi

• Individuazione di un polimero adatto a fungere da supporto flessibile per celle solari ad alta efficienza prodotte sia con metodi di media temperatura sia con metodi piu’ performanti ad alta temperatura. Il polimero dovrà quindi mantenere le caratteristiche di flessibilita’ e di trasparenza anche dopo il processo di deposizione degli strati.
• Realizzazione di celle solari flessibili a film sottile di CdTe con efficienze superiori al 12%, 15% stimato, e allo stesso tempo stabili e facilmente riproducibili.
• Realizzazione di celle solari rigide e/o flessibili ad alta efficienza utilizzando uno strato colorante fluorescente applicato nella parte opposta del substrato.

Se i goal del progetto di ricerca verranno rispettati si avrà a disposizione un processo per realizzare celle solari flessibili a basso costo.
Si potrebbe quindi aprire una seconda fase legata al trasferimento tecnologico e cioè alla realizzazione di un impianto produttivo pilota per questo tipo di dispositivi.

Questo potrebbe dare all'Italia un know-how esclusivo (nessuno ha realizzato un processo del genere) che potrà essere sfruttato dalle aziende che ultimamente si stanno affacciando nel mercato delle celle a film sottile.

Aziende come Wurth Solar stanno già operando in questa direzione, basandosi sui lavori svolti nell'ambito del progetto europeo METAflex per celle solari a film sottili di CuInGaSe2/CdS.

La >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Tra le energie rinnovabili, quella ottenuta grazie alla conversione fotovoltaica è tra le più attraenti in termini di utilizzabilità, inquinamento e potenzialità di sviluppo. Fino ad ora, però, le celle solari disponibili sul mercato sono state prevalentemente celle di silicio monocristallino. La grande quantità di materiale necessario e la difficoltà di scalare il processo di produzione hanno fatto si che il costo di questi dispositivi fosse sempre troppo alto per una larga diffusione.
La grande maggioranza dei moduli fotovoltaici oggi installati viene prodotta con la consolidata tecnologia del silicio monocristallino o policristallino, parente molto stretta della tecnologia utilizzata per la realizzazione dei chip per l’elettronica. Le alte temperature in gioco, la necessità di lavorare in completa assenza di ossigeno e la complessa operazione di taglio e assemblaggio dei “wafer” di silicio, rendono questa tecnologia intrinsecamente complicata e costosa, nonostante che la tecnologia fotovoltaica del silicio sia sostanzialmente simile a quella dell’elettronica, e quindi notevolmente “matura”. Altri dispositivi fotovoltaici basati sul silicio sono prodotti sotto forma di “film sottili”: i moduli a silicio amorfo o quelli a nastro di silicio. Ma mentre questi ultimi sono dispositivi ancora allo stadio sperimentale, i primi sono sul mercato ormai da decenni e, col passare del tempo, risulta sempre più chiaro che si tratta di una tecnologia che non manterrà le promesse >>>