Un materiale policristallino consente di avere un fotovoltaico a basso costo

Un materiale policristallino consente di ottenere un fotovoltaico a basso costo.

Messo a punto un processo di produzione di celle solari a film sottile che funziona a bassa temperatura e consente di utilizzare un’ampia gamma di substrati. Un contributo significativo alla produzione industriale di prodotti fotovoltaici innovativi e a basso costo per l’integrazione negli edifici. Il lavoro è pubblicato su Applied Physics Letters

Le tecnologie per i sistemi di produzione su scala industriale nel settore solare-fotovoltaico sono al centro di importanti interessi economici nei paesi a maggior consumo di energia. In quest’ambito, il lavoro dell’Istituto dei materiali per l’elettronica ed il magnetismo del Consiglio nazionale delle ricerche di Parma (Imem-Cnr) rappresenta un sostanziale passo avanti verso la produzione a basso costo di moduli fotovoltaici innovativi, a base di film sottili di diseleniuro di rame, indio e gallio. Il lavoro è stato pubblicato sulla rivista ‘Applied Physics Letters’.

“Questo materiale policristallino, noto con l’acronimo di Cigs, è ideale per applicazioni fotovoltaiche soprattutto perché assorbe la luce in modo molto efficiente”, spiega Massimo Mazzer dell’Imem-Cnr. “È però complesso da sintetizzare sotto forma di film sottile mantenendo le necessarie caratteristiche di composizione chimica e di struttura cristallina. Finora per

 la deposizione dei film si è ricorsi a processi di sintesi complessi, che richiedono numerosi passaggi in condizioni anche molto diverse di temperatura e pressione: la produzione su scala industriale di moduli fotovoltaici a base di Cigs non è pertanto decollata a causa degli alti costi”.

Il gruppo di ricerca ha sviluppato invece un processo “che consente di depositare film sottili di Cigs, con un unico passaggio a temperature di circa 270°C, molto più basse dell’attuale limite inferiore di circa 400°C dichiarato da altri centri di ricerca e industriali in tutto il mondo”, chiarisce il coordinatore. “Questo importante risultato è stato ottenuto grazie ad una tecnica che utilizza delle scariche elettriche controllate per vaporizzare istantaneamente il Cigs dalla superficie di un lingotto e trasferirlo sul substrato della cella solare. Nei laboratori dell’Imem siamo riusciti a controllare le proprietà termodinamiche di queste nuvole di atomi generate dagli impulsi elettronici fino a ottimizzare la formazione e la crescita del film sottile”.

In termini di efficienza il 15% ottenuto col nuovo processo è in linea con i migliori risultati raggiunti finora su scala industriale “ma ci aspettiamo di riuscire a colmare ulteriormente il gap con l’attuale record mondiale del 20,3% ottenuto in laboratorio dai ricercatori dello Zsw di Stoccarda”, conclude Mazzer. “Un dei principali vantaggi che derivano dall’abbattimento delle temperature è la possibilità di produrre celle solari a film sottile di Cigs su un’ampia gamma di substrati, tra cui nastri metallici o materiali plastici flessibili, realizzando per esempio prodotti fotovoltaici da integrare nell’edilizia, dove si consumano i due terzi circa di tutta l’energia elettrica distribuita dalla rete”.

La ricerca ha avuto il supporto del ministero dello Sviluppo Economico nell’ambito del programma Industria 2015.

Istituto dei materiali per l’elettronica ed il magnetismo (Imem-Cnr) di Parma

Messo a punto un processo di produzione low cost di moduli fotovoltaici a base di film sottili di un materiale policristallino: “15% efficient Cu(In,Ga)Se₂ solar cells obtained by low-temperature pulsed electron deposition” (Applied Physics Letters, 24 Settembre 2012, volume 101, issue 13, http://dx.doi.org/10.1063/1.4755772)

Massimo Mazzer, Imem-Cnr, Nicoletta Guaragnella, Istituto di biomembrane e bioenergetica di Bari (Ibbe-Cnr),