Pannelli fotovoltaici, le ultime ricerche sperimentali

Pannelli fotovoltaici, le ultime ricerche sperimentali

A che punto è la ricerca in ambito fotovoltaico? Gli studi di ENEA per la tecnologia sperimentale sul silicio cristallino, dei moduli a film sottile e delle celle organiche.

La ricerca e lo sviluppo di nuove tecnologie nel settore fotovoltaico sono in fermento. Basta considerare che per le proprie attività ENEA ha a supporto ben tre Centri di Ricerca con i loro laboratori sperimentali, In particolare, il Centro Ricerche di Casaccia svolge attività sulle tecnologie del silicio cristallino; il Centro Ricerche di Portici si occupa di ricerca e sviluppo nel settore dei moduli a film sottile, delle celle solari basate su polimeri semiconduttori e dei sistemi fotovoltaici (piani ed a concentrazione); mentre il test site di Manfredonia per i grandi impianti fotovoltaici contribuisce alle attività di ricerca e sviluppo su tutta la componentistica dei sistemi.

Oltre ai sistemi di incentivazione, certamente utili per una maggiore adozione del fotovoltaico, lo snodo è la tecnologia: quanto possano essere veramente efficienti i pannelli solari e i sistemi di stoccaggio, con un conseguente risparmio effettivo per chi decide di installare un impianto solare, residenziale o industriale.

Gli studi dei centri di ricerca di ENEA

La tecnologia a oggi studiata da ENEA vede tre principali segmenti: le celle solari in silicio cristallino, tecnologie per film sottili e celle fotovoltaiche organiche.

Per quanto riguarda i laboratori sulle celle solari in silicio cristallino a Casaccia e a Portici si sono ottenuti risultati di rilievo. All’interno del Centro Ricerche di Casaccia, tra altri: la messa a punto su scala industriale di celle a contatti sepolti realizzati via laser e serigrafia ad alta risoluzione con efficienza del 17% su silicio multicristallino e del 18% su silicio monocristallino; il brevetto della cella back contact ad eterogiunzione BEHIND. Mentre nel Centro Ricerche di Portici sono state ottenute: una cella da 0,64 cm2 con efficienza del 22% a 100 soli; una cella da 1,21 cm2 con efficienza del 20% a 200 soli.

Nel laboratorio per le tecnologie dei film sottili si svolgono attività di ricerca e sviluppo in termini di materiali semiconduttori, dielettrici e metallici, realizzati anche su substrati di basso costo. Tra le realizzazioni di rilievo di questo laboratorio troviamo: brevetto di un sistema LP-MOCVD per la deposizione di ZnO su larga area caratterizzato da alta velocità di crescita dei film, fino a 20-30 Ǻ/sec, testurizzazione naturale della superficie adatta all’intrappolamento della luce solare con basso costo del processo; film di ZnO:B depositati per MOCVD su 30 x 30 cm2 con resistività ρ = 6 x 10-4 Ωcm, trasmittanza media maggiore del 82% nel range di lunghezza d’onda 400-800 nm; celle solari tandem micromorph con efficienza massima dell’11,3% (stabilizzata al 10%); moduli tandem in silicio amorfo da 30 x 30 cm2 con efficienza massima del 9,1% (stabilizzata al 7,3%).

E ancora, ENEA opera con il laboratorio celle fotovoltaiche organiche che si occupa della ricerca per lo sviluppo di dispositivi fotovoltaici che utilizzano materiali organici o polimeri semiconduttori per la fotogenerazione della corrente. Gli obiettivi a lungo termine del centro riguardano le celle solari polimeriche per la realizzazione di dispositivi a bassissimo costo e il modelling molecolare dei materiali attivi per celle solari organiche. Tra i risultati conseguiti in questo ambito troviamo la realizzazione di una cella solare polimerica in P3HT:PCBM da 1cm2 con efficienza del 2,1% e picchi di efficienza quantica pari al 75%.

Mentre tra le recenti realizzazioni di rilievo in Italia nel settore del fotovoltaico a concentrazione dei Laboratori ENEA troviamo l’Unità Standard PhoCUS-5 (Photovoltaic Concentrators to Utility Scale), un impianto da 5 kWp, formato da un inseguitore a 2 assi (precisione ± 0,2°) con piano da 35 m2 attrezzato con 51 moduli a concentrazione.

Pannelli fotovoltaici, le ultime ricerche sperimentali

Le tecnologie sul mercato

A oggi le tecnologie in commercio sono i pannelli solari in silicio monocristallino che sembra essere la tecnologia ancora più ampiamente utilizzata per via della sua elevata efficienza. Questo è possibile grazie alle celle costituite da una purezza elevata del silicio e dalla struttura a un unico cristallo che consente meno dispersione del calore; anche se di contro le celle tendono a surriscaldarsi maggiormente.

Troviamo poi i pannelli solari in silicio policristallino che sembrano ottenere un’efficienza inferiore al monocristallino, ma che hanno una stabilità maggiore all’aumentare della temperatura.

E ancora, come confermato dagli studi di ENEA, la tecnologia del prossimo futuro sembra andare nella direzione dei pannelli a film sottile, facili da installare e più flessibili rispetto ai pannelli tradizionali. Oltre a essere anche più economici, si adattano meglio all’interno di grandi superfici, ovviando così a un’efficienza inferiore rispetto ai classici pannelli. Ne è un esempio la tecnologia del film SEO prodotta da ICS.

Il mercato è certamente in fermento. Anche le aziende del fotovoltaico studiano, testano e propongono nuove interessanti tecnologie. L’obiettivo? Raggiungere maggiore efficienza energetica con innovazioni soprattutto per quanto riguarda le celle fotovoltaiche. I moduli PERC, per esempio, sono molto efficienti e hanno una buona resa anche in condizioni di scarsa luce, con un’efficienza del 21,2%; le celle hulf cut assicurano una minor dispersione della luce con un’efficienza del 20,2%.

In definitiva, sono allo studio, e la tecnologia va in questa direzione, celle sempre più performanti con una elevata conversione della luce, come anticipato anche dalle ricerche di ENEA. Per esempio celle con ‘effetto girasole’ in grado di spostarsi per catturare meglio la luce o ancora moduli fotovoltaici organici che vedono via via una maggiore efficienza, per ora comunque inferiore ai pannelli tradizionali, e celle in Si-perovskite come quelle studiate nei laboratori della Oxford PV che hanno registrato un’efficienza record mondiale del 29,52%.

Un’ulteriore nuova frontiera tecnologica è certamente rappresentata anche dalle finestre fotovoltaiche, come quelle studiate dall’Università degli Studi di Milano Bicocca e brevettate da Glass to Power: l’efficienza di conversione attuale è del 40%, ma si prevede di arrivare all’80-90%.