Celle solari economiche e ad alta efficienza
Oggigiorno, su tetti e parchi solari di tutta Europa possono essere ammirati numerosi dispositivi fotovoltaici (FV) basati su silicio (Si), tuttavia i costi elevati e i limiti in termini di efficienza ostacolano un utilizzo intensivo di queste tecnologie. Il progetto NANOPV (“Nanomaterials and nanotechnology for advanced photovoltaics”), finanziato dall’UE, ha tentato di affrontare il problema delle strozzature produttive attraverso l’adozione di processi e di attrezzature su ampia scala idonei alla produzione di dispositivi fotovoltaici ricavati dai nanomateriali. Il gruppo di lavoro ha analizzato le proprietà di un’ampia gamma di materiali, tra cui punti quantici zero-dimensionali, nanocristalli, nanoparticelle, nanofili unidimensionali (1D), nanobarre e persino nanostrati ultrasottili bidimensionali (2D). Oltre ad aver investito nello sviluppo dell’efficienza dei materiali, gli scienziati hanno ideato processi e attrezzature economici e su ampia scala da integrare nelle linee di produzione pilota e industriali già esistenti. In virtù della loro capacità di ottimizzare l’utilizzo dello spettro elettromagnetico attraverso lo sfruttamento di una più ampia gamma di lunghezze d’onda disponibili, i nanomateriali garantiscono un importante potenziamento dei livelli di efficacia. Si puntava a un’efficienza nella conversione dell’energia superiore al 20 % per i dispositivi Si su base a wafer, e superiore al 15 % per le celle solari Si su film sottile a inspessimento epitassiale. Nell’ambito dell’iniziativa, sono state inoltre valutate celle solari a basso costo prodotte completamente con nanomateriali. Degli oltre 50 materiali testati, 9 sono stati integrati in dispositivi Si su base a wafer e 11 in celle solari Si su film sottile. In molti casi è stata osservata una migliore efficienza di conversione. Si è provveduto a creare una banca dati dei materiali candidati più promettenti, e molti di essi sono stati scelti per l’ottimizzazione nell’ambito del progetto. Ad esempio, il team ha ottimizzato la fabbricazione di celle solari con strutture a nanobarre/nanotubi Si. Questo ha portato a celle solari su film sottile con alta efficienza (10 %) che possono essere prodotte in modo efficace in termini di costo su scala industriale. Inoltre, l’incorporazione di nanostrati basati su Si nelle strutture delle celle solari basate su Si ha portato a un’elevata efficienza di conversione sia per le architetture su base a wafer (> 20 %) che per quelle su film sottile a inspessimento epitassiale (~ 15 %). NANOPV ha dimostrato la fattibilità di dispositivi FV a elevata efficienza e basso costo usando nanomateriali. Il progetto ha contribuito allo sviluppo di una fornitura energetica sicura, efficace in termini di costi e sostenibile con tecnologie che miglioreranno la posizione competitiva dell’UE in un mercato pronto a compiere un svolta importante.
Parole chiave
Celle solari, silicio, fotovoltaico, nanomateriali, nanotubi, nanobarre
