Spesso si deve impiegare più energia nella produzione di una cella fotovoltaica di quanto la cella stessa ne produrrà in tutta la sua attività di funzionamento.
Nel fotovoltaico esistono problemi anche dal punto di vista ambientale, infatti, il trattamento del silicio è svolto con l’utilizzo di grandi quantità di acidi molto tossici che in seguito dovranno essere smaltiti con particolari processi chimici.
Nei laboratori degli istituti di ricerca e dell’industria solare si cerca pertanto di produrre celle fotovoltaiche con materiali più ecocompatibili e con un rendimento maggiore.
Alcuni siti industriali si stanno concentrando sulla produzione di celle fotovoltaiche sottili, attraverso una tecnologia che si chiama CIS. Questo acronimo sta per una combinazione di rame, indio e il semi-metallo selenio, materiale che si comporta come un semiconduttore fotoattivo.
Esistono altre tecnologie che utilizzano semiconduttori come cadmio-telluride (CdTe tellururo di cadmio) o rame, indio, gallio, selenio e zolfo (CIGSSe), ottenendo risultati soddisfacenti nella trasformazione da energia solare in elettrica.
Mentre le celle fotovoltaiche di silicio devono avere almeno uno spessore di qualche decimo di millimetro per essere in grado di trasformare la luce in elettricità, le celle a film sottile fanno lo stesso lavoro con uno spessore cento volte minore, quindi risparmiando materiale ed energia.
Nella tecnologia del film sottile i singoli semiconduttori sono semplicemente evaporati e depositati in strati sopra un supporto di vetro o di metallo, ma anche su supporti flessibili come teli che possono essere opportunamente piegati secondo le esigenze applicative.
Un altro metodo tecnologico è lo “sputtering”, un sistema ecologico in cui un bombardamento di ioni estrae atomi da vari materiali depositandoli sul substrato scelto. Questo processo avviene sotto vuoto e richiede un tempo minore rispetto alla semplice evaporazione.
Lo sputtering è la tecnologia più pulita di ogni altra tecnica di rivestimento e fornisce una molteplice combinazione di vantaggi basata prima di tutto su un metodo di deposizione economicamente efficiente che genera un sottile e uniforme rivestimento, ed in secondo luogo su un processo a bassa temperatura.
Altri vantaggi evidenziano un forte legame tra il film semiconduttore ed il substrato perché entrambi sono saldati a livello molecolare, una versatilità operativa perché è un trasferimento a freddo, che può essere usato per depositare materiali su ogni tipo di substrato, come i metalli, la ceramica, il vetro e i materiali plastici, ed infine il processo ha la possibilità di automatizzare il controllo di deposizione.
Vediamo sinteticamente i principali step di questo processo, il materiale di rivestimento è inserito nella camera a vuoto come catodo sotto forma di piastra metallica. Dopo che nella camera è stato creato il vuoto, viene introdotto il gas di processo, è usato normalmente argon per il suo elevato peso atomico, ed infine si applica un’alta tensione elettrica.
A questo punto gli ioni positivi di argon subiscono una accelerazione verso il catodo negativo ed in seguito a ripetuti urti espellono gli atomi della piastra metallica, creando un materiale evaporante che si deposita sui substrati degli oggetti già sistemati all’interno della camera a vuoto, successivamente questo materiale evaporante condensa formando il rivestimento.
Possono essere inseriti in uno stesso sistema di rivestimento sotto vuoto catodi diversi costituiti da materiali differenti, in tal modo si ottengono deposizioni multistrato assolutamente originali ed innovative.
La deposizione per sputtering permette di ottenere film di ottima qualità, composti da ogni tipo di materiale e con particolari accorgimenti consente la realizzazione di ricoprimenti con proprietà diverse dal materiale di partenza in fase massiva.
Analizziamo alcune applicazioni pratiche sull’utilizzo del fotovoltaico a film sottile, una di queste è rappresentata dai tetti di molti capannoni industriali che non sono in grado di sopportare il peso della struttura e degli ancoraggi un impianto fotovoltaico tradizionale.
Il problema sparisce quando si tratta di applicare su un tetto celle fotovoltaiche sottili con un film fotoattivo di alcuni millesimi di millimetro. La soluzione è quella dell’applicazione dello strato fotovoltaico su supporti come teli arrotolabili, che possono essere tagliati secondo la forma del tetto o incollati direttamente su una facciata, superando l’ostacolo del peso del sistema fotovoltaico in silicio.
Una nuova fase innovativa che sta partendo in questi ultimi anni, con gli sviluppi delle nanotecnologie, promette ulteriori miglioramenti tecnologici.
La capacità di progettare materiali a livello nanometrico con proprietà innovative rende possibile una nuova ottimizzazione del processo fotovoltaico. Il materiale da cui si parte è sempre un semiconduttore come il (CIGS) disselenuro rame indio gallio, o in alternativa polimeri fotovoltaici di nuova generazione. Questi semiconduttori sono utilizzati sotto forma di inchiostri, vengono depositati secondo le tecniche della stampa rotativa, e progettati con formule che permettono l’autoassemblaggio a livello molecolare di strutture geometriche disposte in un preciso ordine tridimensionale, nell’intervallo tra 1 e 100 nanometri.
Con queste tecnologie si raggiungono efficienze dell’effetto fotovoltaico simili a quelle del silicio tradizionale ma con costi inferiori.
La tecnologia di deposizione per stampa permette l’uso di materiali di supporto meno costosi di quelli per la diffusione sotto vuoto, ottenendo caratteristiche più flessibili, resistenti e maneggevoli.
Nessun commento:
Posta un commento