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Apr10

Solare Fotovoltaico | news

La nuova tecnologia FV della multigiunzione per la realizzazione di celle FV ad altissima efficienza.

La ricerca tecnologica, sperimentando l’attuazione della conversione fotovoltaica con materiali differenti dal tradizionale silicio, nell’obiettivo di individuare soluzioni e tecnologie caratterizzate da un rendimento di conversione sempre maggiore e quindi da una sempre maggiore efficienza energetica, ha portato alla realizzazione di nuove celle fotovoltaiche dette a multi-giunzione e basate sull’utilizzazione di materiali differenti dal tradizionale silicio, nonché caratterizzate da una elevatissima efficienza, superiore al 30%. Tali valori nell’efficienza di conversione finora sono stati irraggiungibili anche attraverso l’utilizzazione delle tecnologie maggiormente avanzate ed efficienti, quali ad esempio quella della eterogiunzione (vedere l’articolo “Fotovoltaico ad alta efficienza: la tecnologia dell’eterogiunzione”).
I ricercatori del Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems, utilizzando la tecnologia della multi-giunzione, hanno realizzato una cella fotovoltaica costituita da una combinazione di materiali semiconduttori sulla quale è stata concentrata la luce solare fino ad ottenere circa 2000 volte la sua normale intensità, riuscendo a raggiungere una efficienza di conversione pari al 37,6%. La sostanziale novità delle celle solari realizzate dal Fraunhofer Institute consiste nell’utilizzazione di diversi semiconduttori disposti su più strati, da qui deriva la denominazione di celle a multi-giunzione. Anziché il tradizionale silicio i materiali composti utilizzati per la realizzazione della cella solare sono il fosfuro di indio-gallio (GaInP), l’arseniuro di indio-gallio (GaInAs) ed il germanio (Ge). L’associazione di tali materiali e la realizzazione di differenti strati nella cella, ha reso possibile lo sfruttamento di una maggiore gamma di frequenze dello spettro solare, rendendo disponibile una maggiore quantità energetica, di fonte solare, per il processo di conversione in elettricità.

Cella solare

Fig.1 Cella solare a multi-giunzione realizzata all’Institut d’Electronique du Sud (IES) nell’ambito del programma FORCO-PV (Alta concentrazione per la conversione fotovoltaica dell’energia solare).
Immagine tratta dal sito www.lascienzainrete.it

In Italia il CESI (Centro Elettrotecnico Sperimentale Italiano) ha sin dal 2005 avviato ricerche per la realizzazione di celle solari a multigiunzione (1) per applicazioni in concentrazione terrestre fino a fattori di concentrazione pari a valori di 1000x e realizzate mediante epitassia(2) in fase vapore con gas precursori metallorganici, su substrati di germanio (Ge) e di silicio/germanio (SiGe) di nuova concezione.
L’efficienza di conversione di tali celle risulta superiore al 30%. Gli aspetti positivi di queste celle solari, oltre naturalmente a quello rappresentato dall’elevata efficienza di conversione, sono quelli correlati ad una significativa riduzione del costo dell’impianto fotovoltaico per watt generato, che si attua già con valori di concentrazione solare pari a 300x, e del superamento della problematica connessa al reperimento delle materie prime necessarie per la realizzazione dei tradizionali moduli fotovoltaici (silicio cristallino).
Tale tecnologia nasce come evoluzione delle tecnologie di produzione delle celle solari utilizzate nell’industria spaziale. CESI ha formalizzato celle solari a singola (InGaP/Ge e GaAs/Ge) ed a tripla giunzione (InGaP/InGaAs/Ge). Il costo stimato per la realizzazione delle celle solari a tripla giunzione è pari a circa 6-8 euro/cmq(3) con l’utilizzazione di substrati di germanio e di circa 5 euro/cmq con l’utilizzazione di substrati di SiGe.
Sono attesi ulteriori sviluppi tecnologici in grado di consentire l’immissione sul mercato, a prezzi competitivi, di moduli fotovoltaici realizzati con celle a multigiunzione. Il raggiungimento di efficienze di conversione dell’ordine del 30%, pari quindi a circa il doppio degli attuali coefficienti, può costituire una ulteriore ed importante spinta nell’utilizzazione dei sistemi e delle tecnologie fotovoltaiche.

(1) Realizzazione di celle solari a multigiunzione con efficienza prossima al 30% in condizioni AM 1.5, utilizzando il nuovo reattore epitassiale CESI; R.Campesato, M.Casale, G.Gabetta(CESI); 12/07/2005
(2) Con il termine epitassia si definisce la deposizione di sottili strati di materiale cristallino su un substrato massivo, anch’esso cristallino, che ne indirizza la crescita e ne determina le proprietà strutturali.
(3) Valori riferiti al periodo della ricerca, ovvero a luglio 2005

Domenico D’olimpio

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