Celle solari bifacciali: cosa sono?

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03/01/2023

Per la prima volta un gruppo di ricercatori Empa ha sviluppato un processo di produzione a bassa temperatura del fotovoltaico sottile in CIGS in grado di spalancare le porte al design bifacciale. Andiamo a scoprire di cosa si tratta.

Celle, Solari
Sono state create le prime celle solari bifacciali in CIGS con alte efficienze.

Celle solari bifacciali: di cosa si tratta

Celle, Solari
Se hai mai sentito parlare del fotovoltaico bifacciale, saprai anche che lo standard di settore impiega rigorosamente silicio cristallino. La ricerca dell’EMPA sta testando, infatti, anche altri materiali nel design a “doppia faccia”, ma le efficienze ottenute sino ad oggi sono state abbastanza deludenti. È il caso delle celle solari bifacciali in CIGS, ossia (di)seleniuro di rame indio gallio. Questo semiconduttore viene già utilizzato come materiale adsorbente nel fotovoltaico a film sottile e si è già ritagliato una nicchia di mercato toccando picchi di conversione luce-elettricità del 22% (record EMPA del 2022). 

Affinché una cella fotovoltaica bifacciale sia in grado di raccogliere la luce solare riflessa sul lato posteriore, è necessario introdurre nell’architettura un contatto elettrico otticamente trasparente. Ciò si ottiene utilizzando un ossido conduttivo trasparente che sostituisce il contatto posteriore opaco in molibdeno del fotovoltaico convenzionale.

Celle solari bifacciali: come si producono

Produzione, Fotovoltaico
Il processo con cui si produce il film sottile in CIGS richiede però temperature così alte (>550 gradi) da interferire con il contatto posteriore trasparente. Nel dettaglio il calore favorisce la formazione di un strato di ossido di gallio tra semiconduttore e l’ossido conduttivo che blocca il flusso di corrente. Un problema non da poco e che, fino a ieri, ha frenato molto le speranze in questo segmento. I valori più alti raggiunti in cella solare bifacciale in CIGS sono stati, infatti, del 9,0% per il lato anteriore e del 7,1% per il lato posteriore.

A superare l’ostacolo è oggi un gruppo di ricercatori degli EMPA, i Laboratori federali svizzeri per la scienza e la tecnologia dei materiali. Gli scienziati hanno messo punto un processo a bassa temperatura in grado di ridurre la produzione di ossido di gallio. Viene utilizzata una piccola quantità di argento per abbassare il punto di fusione della lega CIGS per ottenere comunque strati assorbenti con buone proprietà elettroniche.

I test effettuati sulla cella hanno mostrato efficienze record del 19,8% per l’illuminazione anteriore e del 10,9% per l’illuminazione posteriore. I valori sono stati certificati in maniera indipendente dal Fraunhofer Institute for Solar Energy System. Il team si è spinto anche oltre creando una cella solare bifacciale tandem in CIGS e perovskite e oggi punta a efficienze sopra il 33%.