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Celle solari più efficienti e più economiche
Miglioramenti alla produzione convenzionale di celle solari che potrebbero aumentare significativamente l'efficienza delle celle in silicio multicristallino e ridurre il costo dell'energia solare di circa il 20% sono stati annunciati dalla startup 1366 Technologies di Lexington, MA.
Trappola luminosa: La luce in entrata si riflette sui solchi di una banda argentata e viene reindirizzata lungo una copertura di vetro. Questa luce, che di solito viene persa, può quindi essere assorbita dalla cella solare. La banda scanalata è uno dei tre miglioramenti che potrebbero ridurre significativamente il costo di produzione dell'energia solare.
Tale riduzione dei costi renderebbe l'energia solare più competitiva rispetto alle fonti convenzionali di elettricità. In ambienti soleggiati, questo potrebbe ridurre il costo del solare a circa 15 o 16 centesimi per kilowattora, afferma Craig Lund, direttore dello sviluppo aziendale di 1366 Technologies. È più economico di alcune fonti convenzionali di elettricità, specialmente quelle utilizzate durante i periodi di picco della domanda di elettricità.
1366 Technologies ha sviluppato tre processi che possono essere incorporati nelle linee di produzione di celle solari esistenti per migliorare l'efficienza delle celle. Ha dimostrato che queste tecnologie possono essere utilizzate per produrre celle solari multicristalline con un'efficienza del 18% nel convertire la luce solare in elettricità. L'attuale standard di settore per tali celle solari è compreso tra il 15% e il 16%, secondo Joonki Song, partner di Photon Consulting, con sede a Boston, MA, sebbene le efficienze più elevate è stato riportato . L'azienda ha già dimostrato le nuove tecnologie in precedenza, ma solo con celle solari sperimentali molto piccole in un laboratorio. Ora è realizzato con celle solari a grandezza naturale utilizzando il tipo di attrezzatura utilizzata nella produzione su larga scala.
La chiave per le tecnologie della startup, tuttavia, non è l'efficienza raggiunta, ma quanto poco costa tale efficienza. Lund afferma che i nuovi processi aggiungono solo pochi centesimi per watt al costo di fabbricazione delle celle solari, ma questo investimento porta a risparmi sui costi molto maggiori nel prodotto finale. Migliorare la quantità di energia generata da ciascuna cella solare riduce i costi dei materiali, i costi di produzione dei moduli solari (in cui le celle sono assemblate in pannelli solari) e i costi di installazione. Alla fine, dice Lund, il costo di un pannello solare installato sarà ridotto da 50 cent a 80 cent per watt.
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I nuovi processi, inventati da Emanuel Sachs, chief technology officer dell'azienda e professore di ingegneria meccanica al MIT, aumentano tutti la quantità di luce che le celle solari possono assorbire.
In una normale cella solare al silicio, gli elettroni generati nel silicio devono uscire dal materiale per produrre una corrente elettrica, viaggiando prima verso lo strato superiore del silicio e poi lungo questo strato per restringere le linee d'argento chiamate dita. Le dita quindi conducono gli elettroni alle sbarre, due o tre bande d'argento prominenti viste sulla superficie della maggior parte delle celle solari al silicio. Queste bande ombreggiano il silicio sottostante, riducendo la quantità di luce che le cellule possono assorbire.
Il primo nuovo processo sviluppato da 1366 Technologies produce busbar scanalate che impediscono alla luce di essere riflessa da un pannello solare. Invece, le scanalature fanno sì che la luce venga reindirizzata lungo il vetro sopra i pannelli solari. Quella luce può quindi essere assorbita dalle aree non ombreggiate della cella solare.
Il secondo processo migliora le dita conduttrici di elettroni della cellula. Sebbene queste linee argentate siano molto più strette delle sbarre, ce ne sono molte di più su una cella solare e insieme ombreggiano una parte significativa del silicio. Sachs ha sviluppato un processo per creare linee molto più strette senza sacrificare la loro conduttività. Invece di utilizzare la tecnologia di serigrafia convenzionale, il suo processo prevede l'incisione di vaschette sulla superficie del silicio e il deposito di particelle d'argento nelle vaschette. Il metallo viene quindi aggiunto a queste particelle tramite galvanica per costruire le dita. Il trogolo mantiene le linee strette ma consente all'argento di essere impilato relativamente in alto, mantenendo la conduttività. In genere, le sbarre collettrici e le dita ombreggiano il 9% della superficie di una cella, afferma 1366 Technologies, ma con i nuovi processi dell'azienda, questa ombreggiatura può essere ridotta al 2%. Altri hanno sviluppato tecniche per ridurre l'ombreggiatura, ma queste sono state costose.
Il terzo processo riduce la quantità di luce riflessa dalla superficie del silicio della cella, strutturandone la superficie. Questo è un approccio che è stato adottato da altri, ma la testurizzazione viene eseguita in uno schema molto regolare che crea una superficie inferiore rispetto ad altri approcci. L'area superficiale è un problema nelle celle solari, perché gli elettroni sono spesso intrappolati sulla superficie dei materiali, afferma Sachs.
Poiché i processi di 1366 Technologies possono essere incorporati nelle linee di produzione esistenti, potrebbero essere adottati dai produttori di celle solari in modo rapido ed economico, afferma Sachs. L'azienda sta lavorando per ridurre ulteriormente la larghezza delle dita d'argento e migliorare la testurizzazione, con l'obiettivo di raggiungere un'efficienza del 19%.