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Apr10

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Fotovoltaico ad alta efficienza: la tecnologia dell’eterogiunzione.

I dispositivi fotovoltaici ad eterogiunzione sono stati introdotti nel mercato fotovoltaico a partire da circa la metà degli anni ’90 e successivamente sviluppati, a livello tecnologico e di produzione, in maniera tale da poter essere messi sul mercato a costi competitivi pur garantendo tutti i vantaggi che tale tecnologia consente, sintetizzabili in particolare nei seguenti punti:

- Raggiungimento di alte efficienze di conversione (fino a circa il 20% )
- Processo di fabbricazione a basso consumo di energia in quanto caratterizzato da una temperatura relativamente bassa
- Compatibilità del processo con wafer di silicio caratterizzati da costo limitato.
- Processo produttivo caratterizzato da tempi complessivi di produzione relativamente bassi in funzione del limitato numero di stadi di lavorazione.
- Durata in esercizio stimabile in 25-30 anni.

A livello di procedimento tecnologico la fabbricazione di una giunzione su silicio cristallino a bassa temperatura è possibile utilizzando i processi di deposizione chimica da vapore (Chemical Vapor Deposition o CVD) già largamente utilizzata in differenti settori tecnologici. In sintesi, la formazione della giunzione avviene attraverso la deposizione di uno strato di silicio per dissociazione del gas precursore, con la temperatura del substrato che può restare su valori relativamente bassi, di poco superiori ai 100°C. Altre fasi del procedimento consistono nel trattamento iniziale antiriflettente della superficie, nella formazione dei contatti sul retro e sul fronte del dispositivo, nella deposizione di un ulteriore strato antiriflettente sul fronte di quest’ultimo.

Differenti sono le aziende che hanno brevettato specifiche tecnologie di produzione di celle fotovoltaiche in eterogiunzione. La “Sanyo” ad esempio ha il brevetto della tecnologia HIT “Heterojunction with Intrinsic Thin layer” (eterogiunzione con film sottile intrinseco).
Le celle HIT risultano costituite da due strati ultra sottili di silicio amorfo con intercluso uno strato di silicio monocristallino. Tra wafer e silicio amorfo, su entrambi i lati, viene steso uno strato intrinseco di silicio amorfo non drogato(1), definito “i”, mentre gli strati esterni del silicio amorfo risultano essere di tipo “p” (strato a carica positiva drogato) e di tipo “n” (strato a carica positiva drogato).
La giunzione p-n (2) in questo caso si realizza tra il wafer di silicio tipo “n” e lo strato di silicio amorfo tipo “p” (vedere fig.1), e non all’interno del wafer di silicio cristallino come avviene nelle comuni celle cristalline.

Schematizzazione costituzione

Fig.1 Schematizzazione della costituzione fisica di una cella solare realizzata con tecnologia HIT (immagine tratta dal sito www.as-italia.com)

I moduli fotovoltaici costituiti da celle realizzate in eterogiunzione sono caratterizzati da coefficienti di conversione dell’ordine del 17% circa, superiori mediamente di 3-5 punti percentuali rispetto i tradizionali pannelli FV in silicio cristallino. Risultano inoltre in grado di assicurare una elevata efficienza anche in condizioni di alta temperatura della cella (forte insolazione del modulo) e sono caratterizzati da una apprezzabile produzione energetica anche in condizioni di luce diffusa o scarsa.
Attualmente il loro costo risulta più elevato rispetto i moduli FV tradizionali, ma occorre evidenziare che il loro maggior rendimento e quindi la maggiore producibilità energetica, determinano un sostanziale pareggio del rapporto costi/benefici rispetto gli altri pannelli FV. Un aspetto vantaggioso rispetto gli impianti realizzati con i tradizionali moduli FV è rappresentato dalla possibilità di impegnare, a parità di potenza installata, una minore superficie, consentendo quindi la realizzazione di impianti di una certa potenza e producibilità energetica anche in condizioni di insufficiente (relativamente all’installazione di impianti con moduli in normale silicio cristallino) superficie disponibile. A parità di potenza installata rispetto un tradizionale impianto FV, anche la dimensione dell’impianto stesso risulta più contenuta, con vantaggi in termini gestionali, di manutenzione e di controllo.

(1) Il termine drogaggio, nell’ambito dei materiali semiconduttori, definisce l’operazione di aggiunta, al materiale semiconduttore, di piccole percentuali di atomi di altri materiali (es. boro, fosoforo) allo scopo di modificare le proprietà elettriche del materiale.
(2) Attraverso il drogaggio si realizza uno strato di materiale a carica positiva, detto “p” ed uno strato a carica negativa, detto “n”; la giunzione tra i due strati è denominata giunzione p-n ed è fondamentale nel determinare un campo elettrico all’interno della cella e quindi poter sfruttare l’elettricità.

Domenico D’Olimpio

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