ENERGIA SOLARE/ Col tandem l’efficienza del fotovoltaico aumenta

- int. Paola Delli Veneri

È iniziata la presentazione dei risultati degli undici progetti realizzati nell’ambito della  Ricerca sul sistema elettrico. Intervista a PAOLA DELLI VENERI

ENEA
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È iniziata dal solare la presentazione dei risultati degli undici progetti realizzati nell’ambito della Ricerca sul sistema elettrico, sviluppati sulla base dell’Accordo di Programma 2012-2014 tra Ministero dello Sviluppo Economico (MiSE) ed ENEA; un’attività che ha richiesto 78 accordi di collaborazione con le principali università nazionali, 1.745 rapporti tecnici complessivi e impegnato 500 ricercatori di sette centri di ricerca dell’Agenzia. Nel primo incontro, svoltosi a Roma la scorsa settimana con l’obiettivo di diffondere i risultati presso il mondo delle imprese, della Pubblica Amministrazione e degli utenti del sistema elettrico in generale, a tema c’era l’energia elettrica da fonte solare, nelle sue due linee di attività: il fotovoltaico avanzato e il solare termodinamico.

Del primo in particolare ha parlato Paola Delli Veneri dell’ENEA, che ha presentato le future celle fotovoltaiche superefficienti ed economiche grazie a rendimenti che possono arrivare al 40% e a materiali innovativi che costano meno delle “tradizionali” celle solari in silicio. «Il fotovoltaico (FV) rappresenta una tecnologia chiave per favorire la transizione verso un’energia “decarbonizzata”. D’altra parte le risorse solari in Europa e nel mondo intero sono abbondanti e non possono essere monopolizzate da singole nazioni».

Grazie agli indubbi vantaggi della tecnologia FV negli ultimi anni si è assistito a un evidente incremento del mercato di celle e moduli fotovoltaici. Nel 2013 la capacità fotovoltaica totale installata al mondo è salita a circa 139 GWp (dove GWp sta per gigawatt di picco di potenza), mentre si stima che alla fine del 2014 ci sia stata una ulteriore crescita di potenza installata per circa 47GWp. Più dell’85% dei moduli fotovoltaici presenti in commercio sono basati su tecnologie consolidate, decisamente mature, ma con buoni margini di miglioramento in termini di efficienza di cella. ENEA è principalmente impegnata sullo sviluppo di celle innovative caratterizzate da prestazioni migliori rispetto a quelle dei prodotti attualmente disponibili sul mercato. «Puntare all’innovazione dei materiali e dei processi di fabbricazione per incidere sulla riduzione dei costi e sui fattori di conversione della radiazione solare in energia elettrica significa sviluppare un fotovoltaico competitivo e attraente per l’industria – ha sottolineato Delli Veneri – In questo ambito l’ENEA può vantare un’esperienza unica nella ricerca sui materiali e dispositivi fotovoltaici e la Ricerca di Sistema Elettrico può dare un contributo importante alla riduzione della bolletta». L’idea è quella di realizzare celle ad alta efficienza a struttura tandem nelle quali la cella posteriore sia realizzata in silicio cristallino, mentre quella anteriore sia ottenuta con un materiale a film sottile potenzialmente adatto alla fabbricazione di dispositivi ad alta efficienza. In tal modo è prevista in linea teorica la possibilità di ottenere celle solari con efficienze maggiori del 40%. «Si stanno quindi sviluppando celle a eterogiunzione a-Si/c-Si che possano essere utilizzate sia come dispositivo solare a se stante che come componente posteriore di un dispositivo tandem ad altissima efficienza. «Per quanto riguarda i film sottili assorbitori da utilizzare per la componente anteriore della cella, si lavora su film policristallini di Cu2ZnSnS4 (CZTS) e su perovskiti ibride, potendo utilizzare quest’ultima classe di materiali anche in configurazione a singola giunzione grazie alle grandi potenzialità mostrate dal materiale».

La ricerca condotta sullo sviluppo di celle solari a eterogiunzione a-Si/c-Si su wafer di tipo p ha consentito di ottenere dispositivi caratterizzati da efficienza massima di 17,4% su area attiva, lavorando all’ottimizzazione del contatto frontale e della passivazione del wafer di silicio e introducendo un emitter innovativo. Per quanto riguarda i materiali da accoppiare al silicio nella struttura tandem, è stato messo a punto un processo di fabbricazione di film di CZTS mediante co-sputtering e sono stati condotti studi sullo sviluppo di tecniche di deposizione del materiale da fase liquida.

«Inoltre, sono in fase di messa a punto le condizioni di preparazione di film a base di perovskite e la definizione delle architetture di dispositivo appropriate per tale materiale. Entrambi gli strati assorbitori innovativi sono stati testati in celle solari a singola giunzione. Devo segnalare che, in collaborazione col CHOSE (Center for Hybrid and Organic Solar Energy), sono già stati realizzati i primi prototipi di celle tandem perovskite/silicio».

ENEA è poi impegnata in due ulteriori linee di ricerca sullo sviluppo di celle a film sottile di silicio e di celle organiche con l’obiettivo di ridurre sensibilmente i costi dei moduli FV. Sono state sviluppate celle organiche con efficienze maggiore del 10%, mentre nell’ambito del film sottile di silicio è stata ottenuta un’efficienza massima di 11,6% su celle tandem micromorfe, realizzate con una cella anteriore in silicio amorfo e una posteriore in silicio microcristallino. «In questo contesto è in corso una collaborazione con 3SUN, azienda siciliana, che realizza moduli a film sottile di silicio con un volume di produzione di circa 200MWp/anno».



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