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Focalizzazione della luce su perline di silicone
Un'azienda in Giappone ha sviluppato un nuovo modo di produrre celle solari che riduce i costi di produzione fino al 50 percento. Le celle fotovoltaiche (PV) sono costituite da array di migliaia di minuscole sfere di silicio circondate da riflettori esagonali.
Sfere di silicio: Realizzare celle solari con minuscole sfere di silicio (immagine in alto, nero) può ridurre la quantità di materiale utilizzato a solo un quinto. I riflettori esagonali (immagine al centro) assicurano che la maggior parte della luce colpisca le sfere. Una base in lamina flessibile significa che le celle solari possono essere modellate per diverse applicazioni (immagine in basso).
Il vantaggio chiave del sistema è che riduce la quantità totale di silicio richiesta, afferma Mikio Murozono, presidente di impresa pulita 21 (CV21), con sede a Kyoto, Giappone. Utilizziamo un quinto del materiale di silicio grezzo rispetto alle tradizionali celle fotovoltaiche, afferma.
Questo può fare un'enorme differenza per il costo complessivo della produzione di celle solari, afferma Howard Branz , scienziato principale presso la Laboratorio Nazionale Energie Rinnovabili 'S Centro Nazionale per il Fotovoltaico , a Golden, CO. Circa il 20-30 percento del costo di un modulo di celle solari è nel costo del silicio grezzo, dice.
CV21 ha avviato la produzione delle sue celle ad ottobre; il primo dei suoi moduli da 10 kilowatt sarà in vendita questo mese. Sebbene questi moduli inizialmente costeranno circa lo stesso della varietà tradizionale, il prezzo è destinato a diminuire del 30 percento nel 2008, poiché la produzione aumenta a maggio da 1.000 celle al giorno a 60.000 celle al giorno, afferma Murozono. L'obiettivo finale è renderle più economiche del 50% rispetto alle celle esistenti entro il 2010, afferma.
Le celle solari sferiche sono state originariamente proposte da Texas Instruments circa 30 anni fa, afferma Branz. Ma mentre avevano il potenziale per ridurre la quantità di silicio utilizzato, portavano con sé una serie di nuovi problemi. Le loro superfici curve, ad esempio, possono far riflettere più luce, il che riduce la loro efficienza. Inoltre, solo metà della sfera finisce per essere effettivamente esposta alla luce. Anche tra le sfere tendono a formarsi spazi significativi quando disposte in array, il che può ridurre ulteriormente l'efficienza della cella solare.
La soluzione di CV21 è stata quella di posizionare ciascuna delle sfere di silicio di un millimetro di diametro nel proprio riflettore esagonale in alluminio. Funzionano come i fari delle auto ma al contrario, assicurando che la luce che colpisce il riflettore sia diretta verso la sfera. Quando viene utilizzato questo approccio, viene utilizzata anche la parte inferiore della sfera. La forma esagonale dei riflettori permette di incastrarli tra loro senza spazi morti tra di loro. In effetti, questi sono mini-concentratori, afferma Branz.
Le sfere stesse sono costituite da una sfera di silicio drogata positivamente (tipo p). La superficie della palla viene trattata per renderla drogata negativamente (tipo n) e viene anche aggiunto un rivestimento antiriflesso. Questi due strati esterni costituiscono la base del materiale semiconduttore fotovoltaico. Le sfere vengono quindi legate a un elettrodo su un substrato di lamina flessibile tramite un foro nella parte inferiore del riflettore.
La base in lamina flessibile consente di modellare i moduli per diverse applicazioni. Potresti installarli sopra le auto elettriche ibride e le piastrelle curve sui tetti, afferma Murozono.
Penso che la tecnologia funzioni, dice Branz. Ma la domanda è se l'azienda può rendere le celle solari più efficienti. Le celle attualmente in produzione hanno un'efficienza di solo il 10% circa, afferma. In questo momento, la maggior parte delle celle solari è efficiente dal 14 al 15%.
Ridurre il costo del 30% non aiuta se è necessario il 30% in più di celle per produrre la stessa quantità di elettricità, afferma Branz.
Murozono afferma che ci sono modi per rendere le celle più efficienti, ad esempio migliorando la purezza e la qualità del silicio. Anche la riduzione delle dimensioni delle sfere a 0,8 millimetri dovrebbe migliorare le prestazioni, riducendo ulteriormente i costi utilizzando il 20% in meno di silicio. Aumenteremo l'efficienza al 13% entro il 2008 e al 15% entro il 2010, afferma Murozono.
C'è una carenza mondiale in termini di silicio di alta qualità, afferma Charles Cromer , ricercatore presso il Florida Solar Energy Center, a Cocoa, FL. Questa carenza è stata in gran parte determinata dalla crescita della domanda di circuiti integrati e celle solari ed è servita solo a far salire il prezzo del fotovoltaico ad alta intensità di silicio. Quindi una cella solare che utilizza molto meno silicio rispetto ai suoi concorrenti dovrebbe dare a CV21 un vero vantaggio in termini di riduzione dei costi. Ma solo perché possono renderli più economici non significa che li venderanno a metà prezzo ai consumatori, dice Cromer.