Il riconoscimento ai ricercatori Ralf Preu e a Jan Nekarda
Fotovoltaico ed energia eolica sono i principali elementi costitutivi della rivoluzione della produzione di energia, che costituisce una delle più grandi sfide della società si trova ad affrontare nei prossimi decenni.
«La quantità totale di energia elettrica prodotta da fonte fotovoltaica è più di 250 terawattora, approssimativamente equivalenti alla quantità prodotta da 30 centrali nucleari. Al fine di contribuire a raggiungere gli obiettivi internazionali sul clima, la quantità di energia fotovoltaica di nuova installazione di ogni anno dovrà aumentare di dieci volte nel corso dei prossimi 15 anni. Nel complesso, la tecnologia solare dovrà diventare più efficiente e conveniente al fine di soddisfare le esigenze di questo mercato», spiega l’ingegner Ralf Preu, Direttore Divisione Fotovoltaico, Tecnologia e Garanzia qualità presso la divisione Solar Energy Systems ISE di Friburgo dell’Istituto Fraunhofer. Il ricercatore e il suo collega Dr. Jan Nekarda hanno già dato un importante contributo alla protezione del clima, con lo sviluppo della tecnologia “Laser-Fired conctact” (LFC), che consente la produzione di celle solari più efficienti e a costi inferiori.
Nel corso della riunione annuale della società Fraunhofer ad Essen, il Premio Joseph Fraunhofer è stato assegnato a Ralf Preu e Jan Nekarda per il loro sviluppo innovativo. «Siamo lieti di ricevere questo premio – ha detto soddisfatto Preu -, che non è soltanto un riconoscimento del nostro lavoro, ma anche mostra la forza innovativa del settore fotovoltaico tedesco ed europeo».
Attualmente, la maggior parte celle solari sono dotate di un contatto metallico di ampia superficie, che copre l’intera parte posteriore del wafer di silicio che permette all’energia elettrica di fluire dalla cella all’elettrodo. Questa configurazione tuttavia ne limita l’efficienza. Un’alternativa ad alte prestazioni, scoperta nel 1989, è la tecnologia ad emissione passiva sul lato inferiore della cella (“Passivated Emitter and Rear Cell”, PERC). A differenza delle celle convenzionali, questa tecnologia comprende uno strato riflettente aggiuntivo sul retro della cella e migliaia di punti di contatto elettrico. Il processo di LFC sviluppato dai ricercatori del Fraunhofer ha permesso la prima produzione industriale di massa di celle solari PERC.
La tecnologia consiste nella deposizione di uno strato non conduttivo molto sottile sul lato inferiore di una cella solare PERC tra lo strato di contatto e il wafer. Agendo come uno specchio, questo strato riflette la quota di luce solare non assorbito quando penetra il wafer di nuovo nel wafer di silicio. Poiché il lato anteriore riflette questa luce posteriore della struttura a strati, questa è anche catturata nel wafer di silicio incrementando di conseguenza il livello di efficienza delle celle solari. Condurre l’elettricità dal wafer richiede molte piccole aperture nello strato non conduttivo, al fine di stabilire un contatto tra il metallo elettrodo e il wafer di silicio. La procedura LFC crea circa 100.000 contatti per wafer con un singolo impulso laser. «La sfida era di coordinare gli impulsi in modo tale che il contatto fosse completamente stabilito, limitando al minimo i danni al silicio. Lo abbiamo ottenuto limitando al minimo la durata della luce laser, tra 50 e 2.000 nanosecondi», spiega Jan Nekarda, gestore del gruppo di ricerca presso il Fraunhofer ISE. Un innovativo sistema di guida dei fasci laser permette di creare tutti i contatti in circa un secondo. «Le celle solari PERC prodotte in questo modo hanno un livello di efficienza migliorata di un punto percentuale assoluta. Con efficienza delle celle solari di oggi di circa il 20%, ciò significa il 5% relativo. Guadagniamo poi un ulteriore 2% nel sistema, il che significa che aumentare il rendimento energetico complessivo del 7%» sottolinea Preu. Il livello di efficienza è di enorme importanza in quanto la maggior parte dei costi nel fotovoltaico sono direttamente proporzionali alla superficie attiva. «Dove oggi abbiamo bisogno di 100 metri quadrati di celle solari, in futuro avremo bisogno solo di 93 metri quadrati per produrre la stessa quantità di energia elettrica. Questo non solo significa l’impiego meno di silicio, ma anche meno materiale a modulo, meno materiale nei sistemi e, infine, anche un risparmio in termini di costi di progettazione».
Dalla ricerca all’industrializzazione il passo è breve, in quanto i produttori di celle solari possono facilmente ed economicamente integrare la procedura laser nei processi di produzione esistenti. Hanwha Q Cells ha già fatto 20 milioni di celle utilizzando la tecnologia LFC. Le aziende di tutto il mondo hanno nel frattempo messo in produzione di massa la tecnologia PERC investendo più di 200 milioni di euro rendendo così una realtà una sostanziale evoluzione dell’efficienza delle celle fotovoltaiche.
