Un rivestimento in argento illumina la via da seguire per celle solari più sottili ed efficienti
Le celle solari a film sottile basate su uno strato assorbente di Cu(In,Ga)Se2, le cosiddette CIGS, offrono peso ridotto, efficienza a bassa luminosità, flessibilità, costi di produzione competitivi e, soprattutto, buona estetica. Il progetto ARCIGS-M, finanziato dall’UE, sta lavorando per sfruttare questo potenziale sviluppando architetture avanzate di celle solari. L’obiettivo finale è quello di ridurre ulteriormente i costi di produzione dei moduli solari CIGS. Produzione in un unico passaggio addizionata con l’argento «Il progetto ARCIGS-M si basa su celle solari a film sottile a basso costo e ad altissima efficienza, adatte per essere integrate negli edifici», riassume la prof.ssa Marika Edoff, coordinatrice del progetto. «Usiamo due tipi di substrati, il vetro comune soda-calcico e substrati di acciaio a basso costo». Uno strato di isolamento elettrico viene utilizzato per rivestire i substrati in acciaio, consentendo la produzione in un unico passaggio di moduli a celle solari senza la necessità di saldare singole celle. Tutte le celle solari a film sottile sono costituite da due contatti: uno strato assorbente, dove viene assorbita la luce solare, e un contatto frontale trasparente. Lo strato assorbente delle celle solari ARCIGS-M è costituito da CIGS, un materiale semiconduttore con una banda proibita diretta. La banda proibita è una proprietà del materiale e corrisponde all'energia del fotone minima (proveniende dalla luce solare) necessaria per eccitare un elettrone. Tuttavia, in materiali con una banda proibita diretta, l’assorbimento risulta estremamente probabile e consente di conseguenza l'utilizzo di strati molto sottili, spessi appena pochi micrometri. ARCIGS-M ha uno spessore di soli 0,5 µm. La professoressa fa notare: «Questo non è sufficiente per il pieno assorbimento. Pertanto, abbiamo cambiato il nostro contatto posteriore, passando da uno strato di molibdeno ad una pila multistrato con argento, che fornisce una riflettività molto elevata, vicina al 90 %». Risultati in corso Tra i principali risultati del progetto, uno dei più importanti è lo strato catarifrangente posteriore, «che abbiamo sperimentato funzionare bene insieme agli strati CIGS», afferma la prof.ssa Edoff. Per evitare la perdita di elettroni dal contatto posteriore, viene aggiunto uno strato di materiale passivante costituito da ossido di alluminio forato con aperture di dimensioni su scala nanometrica. «La strutturazione dello strato di passivazione a contatto posteriore è fatta in nano-scala con la litografia a nano impronta, un metodo che per la prima volta abbiamo dimostrato essere scalabile per questo tipo di dispositivo». Il team ha anche sviluppato un modello optoelettrico che viene utilizzato per fornire un feedback. Oltre gli sviluppi tecnologici In particolare, il progetto sta facendo passi da gigante anche al di fuori del laboratorio. «Abbiamo cercato di raggiungere una buona parità di genere in un campo tradizionalmente fortemente dominato dagli uomini», afferma la prof.ssa Edoff. La coordinatrice e la co-coordinatrice del progetto sono entrambe donne, e «per l’intero progetto siamo riusciti a far partecipare circa il 40 % di donne alle riunioni». «Speriamo che il nostro progetto contribuisca a creare nuove opportunità d’affari per i nostri partner che provengono da diversi campi complementari», commenta la prof.ssa Edoff. Tra questi vi sono un’azienda di servizi, un produttore di acciaio e produttori di apparecchiature. Una citazione da un’intervista del 2018 riassume la visione della professoressa: «Il fotovoltaico è il presente e il futuro! È il modo più democratico per generare energia elettrica».
Parole chiave
ARCIGS-M, cella solare, edificio, CIGS, cella solare a film sottile, argento, strato assorbente, fotovoltaico, substrato in acciaio, luce solare