alt(NewsMedia, 9 ottobre 2012, Silvana Stazzone) – Un processo innovativo del fotovoltaico, messo a punto al CNR, Consiglio Nazionale delle Ricerche dall’Imem-Cnr di Parma, Istituto dei materiali per l’elettronica ed il magnetismo, è un contributo significativo alla produzione industriale del fotovoltaico a basso costo, che si rivelerà utile per l’integrazione negli edifici. Le tecnologie per i sistemi di produzione su scala industriale nel settore solare-fotovoltaico sono al centro di importanti interessi economici nei Paesi a maggior consumo di energia.

Il lavoro dell’Imem-Cnr, pubblicato su “Applied Physics Letters”, rappresenta un sostanziale passo avanti verso la produzione a basso costo di moduli fotovoltaici innovativi. E’ stato messo a punto un processo di produzione di celle solari a film sottile che funziona a bassa temperatura e consente di utilizzare un’ampia gamma di substrati.

Complesso da sintetizzare sotto forma di film sottile per mantenere le necessarie caratteristiche di composizione chimica e di struttura, “Questo materiale policristallino – spiega Massimo Mazzer dell’Imem-Cnr – è noto con l’acronimo di Cigs ed è ideale per applicazioni fotovoltaiche soprattutto perché assorbe la luce in modo molto efficiente. Finora per la deposizione dei film si è ricorsi a processi di sintesi complessi, che richiedono numerosi passaggi in condizioni anche molto diverse di temperatura e pressione: la produzione su scala industriale di moduli fotovoltaici a base di Cigs non è pertanto decollata a causa degli alti costi”.

La novità presentata dall’Istituto di ricerca CNR di Parma è la bassa temperatura ottenuta nel processo di deposizione (PED, “Pulsed Electron Deposition”) sul materiale policristallino a film sottili (composti a base di seleniuro di rame, indio e gallio) per la creazione di moduli fotovoltaici. L’unico passaggio di deposizione del materiale riduce anche i costi.

“Il nostro gruppo di ricerca – chiarisce il coordinatore –   ha sviluppato un processo che consente di depositare film sottili di Cigs, con un unico passaggio a temperature molto più basse, circa 270°C, dell’attuale limite (400°C) dichiarato da altri centri di ricerca e industriali in tutto il mondo. Uno dei principali vantaggi che derivano dall’abbattimento delle temperature è la possibilità di produrre celle solari a film sottile di Cigs su un’ampia gamma di substrati, tra cui nastri metallici o materiali plastici flessibili, realizzando per esempio prodotti fotovoltaici da integrare nell’edilizia, dove si consumano i due terzi circa di tutta l’energia elettrica distribuita dalla rete”.

Il nuovo processo di fabbricazione di celle fotovoltaiche rende in termini di efficienza il 15% che è in linea con i migliori risultati raggiunti finora su scala industriale.

“Ma ci aspettiamo – afferma Mazzer – di riuscire a colmare ulteriormente il gap con l’attuale record mondiale del 20,3% ottenuto in laboratorio dai ricercatori dello Zsw di Stoccarda. L’importante risultato è stato ottenuto grazie ad una tecnica che utilizza scariche elettriche controllate per vaporizzare istantaneamente il Cigs dalla superficie di un lingotto e trasferirlo sul substrato della cella solare. Nei laboratori dell’Imem CNR – conclude Mazzer – siamo riusciti a controllare le proprietà termodinamiche di queste nuvole di atomi generate dagli impulsi elettronici fino a ottimizzare la formazione e la crescita del film sottile”.

Chiediamo al professor Mazzer se la ricerca ha tenuto conto della problematica dello smaltimento dei materiali. “Si, certamente, anche se siamo ancora all’inizio della fase di scale-up industriale del processo di produzione. Piu’ che di smaltimento dei moduli arrivati a fine vita, per noi oggi la priorita’ e’ l’impatto ambientale di una linea di produzione che utilizzi questo nuovo processo. Da questo punto di vista abbiamo gia’ ottenuto un risultato molto importante. Con la nostra tecnica di deposizione di film sottili oltre il 95% del materiale fatto “evaporare” dal target viene incorporato dalla cella solare in quanto il flusso di materiale “evaporato” e’ fortemente direzionale. Inoltre, a differenza dei processi basati sulle tecniche di co-evaporazione o di sputtering, non abbiamo bisogno di trattamenti di “selenizzazione” del film di CIGS che comportano l’utilizzazione di quantita’ di Selenio molto maggiori di quello che viene effettivamente incorporato dalla cella solare (coevaporazione) oppure l’utilizzazione di gas di processo molto tossici come l’acido selenidrico (sputtering). Non siamo ancora in grado di fornire delle previsioni accurate relative all’impatto ambientale del nuovo processo industriale (quando sara’ finalmente completata la fase di scale-up) ma ci aspettiamo dei miglioramenti molto significativi rispetto agli attuali processi industriali”.

La ricerca ha avuto il supporto del Ministero dello Sviluppo Economico nell’ambito del programma Industria 2015 ed è stata pubblicata su: Applied Physics Letters, 24 Settembre 2012, volume 101, issue 13, http://dx.doi.org/10.1063/1.4755772.

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(nelle foto fornite dal professor Mazzer a Stazzone, due delle macchine di crescita di celle solari a film sottile mediante Pulsed Electron Deposition (PED).


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