Le tradizionali celle solari in silicio possono ancora migliorare
(Rinnovabili.it) – Le celle solari in silicio cristallino sono la tecnologia fotovoltaica più diffusa sul mercato e anche quella con più anni alle spalle. Non meraviglia, dunque, sapere che i progressi raggiunti in questo campo abbiano ormai portato la sua efficienza di conversione in prossimità del limite teorico del semiconduttore (29,4%). Tuttavia, fino a ieri le rese più elevate si sono raggiunte con le celle solari in silicio tipo IBC. La sigla sta per “interdigitated back contact” (contatto posteriore interdigitato) e indica un design in cui i contatti metallici per la raccolta della corrente elettrica, si trovano esclusivamente nella parte posteriore della cella.
Peccato che, nonostante efficienze anche al 26%, la tecnologia IBC sia più complessa dello standard di settore. Il fotovoltaico con contatti su entrambi i lati, infatti, è ancora oggi la scelta preferita dalla produzione industriale, grazie ad un processo di fabbrica più semplice.
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Ma al Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE di Friburgo i ricercatori non erano disposti a sacrificare l’efficienza per una minore complessità. Ecco perché un team, guidato dal dottor Armin Richter, ha messo a punto un nuovo approccio per ottenere la massima resa anche con le classiche celle solari in silicio a contatti bilaterali.
La base per il nuovo record è stata fornita dalla tecnologia TOPCon (Tunnel Oxide Passivating Contact). Sviluppato presso il Fraunhofer ISE, questo approccio prevede l’introduzione di uno strato sottile di ossido tra i contatti metallici e il wafer di silicio; in questo modo si ottengono perdite di ricombinazione superficiale molto basse e un trasporto efficiente del vettore di carica.
I ricercatori tedeschi hanno compiuto un passo in più facendo “evolvere” la TOPCon in TOPCoRE (cella solare con emettitore posteriore TOPCon). Cosa significa nella pratica? Le celle standard hanno una giunzione pn sul lato anteriore; al contrario, nel fotovoltaico del Fraunhofer ISE, la giunzione pn è stata formata sul lato posteriore come un contatto TOPCon su tutta la superficie. In questo modo, spiegano gli scienziati “il drogaggio con boro su tutta la superficie del lato anteriore non è più necessario, in modo da implementare solo una diffusione di boro locale direttamente sotto i contatti anteriori”. L’unità TOPCoRE consente tensioni e fattori di riempimento più elevati rispetto alle celle con un emettitore di raccolta sul lato anteriore.
Con questo design, migliora la capacità del wafer di trasportare il portatore di carica e il lato anteriore è più efficacemente passivato. E in tal modo il team ha stabilito un nuovo record mondiale di efficienza per la tecnologia a contatti su entrambi i lati, pari al 26%.
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“Sulla base di un’analisi sistematica basata sulla simulazione, siamo stati in grado di derivare alcune regole di progettazione fondamentali per le future celle solari al silicio ad alta efficienza con un’efficienza superiore al 26%”, spiega il prof. Stefan Glunz, direttore della divisione di ricerca sul fotovoltaico presso Fraunhofer ISE. “Le celle solari con contatti bilaterali hanno il potenziale per raggiungere efficienze fino al 27% e superano così il precedente record mondiale di celle solari al silicio”.
Questa struttura ha anche il grande vantaggio di poter essere prodotta impiegando le tecnologie esistenti. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista scientifica Nature (testo in inglese).