Le nuove frontiere del fotovoltaico

Giunzioni a laser, procedimenti optoelettronici e manicotti di ceramica per aumentare e ottimizzare la produzione delle celle di silicio e abbassare i costi finali del modulo

Arrivano da Germania, Finlandia e Cina. Sono i nuovi procedimenti di produzione e trattamento del silicio per produrre celle e moduli fotovoltaici per applicazioni domestiche e industriali, che permettono un abbattimento dei costi e aumento dell’efficienza.
Il collegamento elettrico tra una singola cella di silicio e una batteria o la rete, o tra più celle a formare un modulo fotovoltaico, è costituito comunemente da una coppia di “strisce” metalliche molto sottili, chiamate traverse. La tecnologia che permette di inserire queste strisce sul silicio si basa su alte temperature per saldare tra loro le componenti. Ma questo tipo di procedura è poco efficiente, poiché la temperatura a cui vengono sottoposte le celle è altissima ed il giunto metallico si può facilmente fratturare, compromettendo il circuito elettrico del quale la cella andrà a far parte e rendendo inadatto all’uso un intero modulo. La conseguenza immediata è che una buona parte della produzione viene scartata, con perdita e spreco di tempo e di materie prime, uniti ad un aumento del costo di produzione, che deve considerare anche questo tipo di imprevisti.
Alla luce di queste considerazioni, con lo scopo di aumentare l’efficienza abbassando il costo dei prodotti fotovoltaici, alcuni ricercatori del Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT di Aquisgrana, in Germania, coordinati dal Dott. Arnold Gillner, ha messo a punto un nuovo sistema che è in grado di regolare automaticamente la temperatura corretta per la saldatura, in modo da non rischiare di fratturare o danneggiare i giunti o le celle di silicio. In questo dispositivo la temperatura viene costantemente controllata da un computer e la saldatura avviene senza contatto, non con un elettrodo convenzionale ma per mezzo di un potente fascio laser. Durante la saldatura, una macchina fotografica termografica a infrarossi rileva la temperatura alla quale la macchina sta lavorando sulla traversa metallica e quindi anche la temperatura della cella di silicio. Quando la temperatura supera il valore di soglia prestabilito, il sistema computerizzato che gestisce il circuito di controllo porta alla diminuzione automatica fino ad un valore accettabile nel giro di alcuni millisecondi. Il prossimo passo per i ricercatori sarà fare in modo che la traversa metallica possa essere ancora più sottile, poiché grazie alla tecnologia di saldatura tramite laser si può intervenire su superfici di spessore molto ridotto senza compromettere le caratteristiche fisiche dei materiali, mantenendo una elevata efficienza del dispositivo e risparmiando sul materiale, soprattutto sul silicio, che in questo modo non viene intaccato e mantiene elevate prestazioni. La traduzione in termini economici di questa applicazione della tecnologia a fascio laser è immediata: riduzione degli sprechi di materiale dovuti a rottura, velocizzazione del tempo di fabbricazione, conseguente diminuzione del costo complessivo del prodotto.
La Braggone Oy, compagnia presente in Finlandia, Regno Unito e Hong Kong, che promuove materiali innovativi della tecnologia per il fotovoltaico, l’illuminazione a LED e la comunicazione tramite schermo piatto (FPD) e a semiconduttori (IC), ha annunciato per il prossimo futuro un nuovo prodotto che non solo aumenta l’efficienza delle celle fotovoltaiche, ma ne facilita nel contempo anche la produzione, diminuendone il costo.
Se fino ad ora l’alta riflessività dello strato di silicio (che trasmetteva nuovamente verso la volta celeste il 30% del raggio luminoso ricevuto) dovuta ai difetti interni al materiale, veniva trattata con procedimenti “opacizzanti” e leviganti a base di idrogeno (idrogenazione) e di deposito di vapori chimici (CVD), ora Braggone introduce un nuovo procedimento optoelettronico. Come spiega il Dr. Yrjo Ojasaar, il processo a base di idrogeno e vapori chimici viene ripetuto in modo molto più veloce e meno costoso spruzzando un sottile sul layer di silicio, che viene successivamente esposto ad altissime temperature per essere fissato, e viene quindi applicato una seconda volta. In questo modo il sottile strato anti-riflettente che prima risultava poco sicuro o molto costoso (e che costringeva a partire già con celle di silicio molto puro), permette di applicare questa tecnologia in modo veloce e poco costoso, rendendo utilizzabili anche le porzioni di silicio non pure che in precedenza sarebbero state scartate. Inoltre si è riscontrato un aumento nel rendimento in termini di produzione di Mega Watt (MW) e di trasformazione della fonte solare in energia, dovuta a questo tipo di procedimento. Questa tecnica permette alle industrie già attive di non modificare i processi e le macchine di produzione, poiché si adatta e affianca le procedure e le tecnologie già presenti in coda alla catena di produzione. Motivo valido per implementare la produzione abbattendo i costi.
Un ulteriore espediente per la realizzazione di celle di silicio a costi più moderati rispetto a quelli odierni è quello introdotto dalla compagnia cinese NUVO. L’azienda ha introdotto nella produzione dei “cilindri” di silicio una nuova tecnologia: i manicotti di ceramica, che tra una fase di produzione e l’altra, o a seguito del cambiamento di materiale da produrre (per esempio dal silicio amorfo a quello policristallino) non necessitano di essere cambiati, poiché non risentono di alcun tipo di contaminazione grazie alle proprietà di un materiale resistente ad alte temperature come la ceramica, con la quale appunto sono costruiti. Anche in quest’ultimo caso il processo di produzione ed i macchinari impiegati a livello industriale nelle diverse fasi di produzione non devono essere cambiati o modificati, anzi, in periodi di carenza di questo o quel materiale sono utilizzabili in sostituzione del procedimento di produzione convenzionale in modo da non fermare la produzione che solitamente produrrebbe una perdita economica per l’azienda e un aumento del costo del prodotto finale. (Fonte Solardaily, Sciencedaily)