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Un modo più sicuro per rivestire le celle solari di lunga durata
Un'impresa nata da due università del Quebec afferma di aver sviluppato un modo più sicuro per aggiungere rivestimenti antiriflesso alle celle solari in silicio cristallino che aumenta anche la loro resa energetica nel corso della vita.
Schermo solare: Un tecnico Sixtron tiene in mano una cella solare stratificata con il rivestimento antiriflesso in carburo di silicio dell'azienda. Il processo è più sicuro e può essere integrato nelle linee di produzione esistenti.
Nel mercato del solare fotovoltaico, anche il più piccolo miglioramento dell'efficienza può avere un impatto significativo sui profitti dei produttori, motivo per cui i rivestimenti antiriflesso sono così importanti. Questi rivestimenti sottili, che fanno apparire blu le celle solari, massimizzano la quantità di luce solare assorbita e riducono i difetti superficiali che possono ridurre le prestazioni.
Tuttavia, il metodo di rivestimento più popolare, ovvero la deposizione da vapore di un film di nitruro di silicio utilizzando gas silano, presenta grandi rischi. Il silano può prendere fuoco se esposto all'aria; il trasporto del gas è costoso e i produttori di celle al silicio devono investire in stoccaggio, ventilazione e altre misure di sicurezza speciali per prevenire incidenti.
Il potenziale di danni è enorme, afferma Ajeet Rohatgi , direttore del Photovoltaic Research Center presso il Georgia Institute of Technology. Le cellule rivestite in questo modo sono anche interessate da un fenomeno chiamato degradazione indotta dalla luce che si verifica una volta dopo le prime 24-48 ore di esposizione alla luce solare. In una cella con un'efficienza del 18%, vedrai l'efficienza scendere [quasi immediatamente] al 17,7 o al 17,5%, e l'hai perso per tutta la vita della cella, dice.
Rohatgi e il suo team di ricercatori della Georgia Tech hanno trascorso gli ultimi 18 mesi a testare un nuovo processo privo di silani per l'applicazione di pellicole antiriflesso alle celle solari, sviluppato dall'azienda con sede a Montreal Materiali avanzati Sixtron . Il rivestimento, un materiale in nitruro di carburo di silicio con il nome commerciale Silexium, riduce la degradazione indotta dalla luce fino all'88%.
Anche i wafer di silicio cristallino, solitamente drogati con boro, contengono ossigeno. Quando la luce solare colpisce per la prima volta una nuova cella, fa sì che il boro e l'ossigeno si combinino, determinando una degradazione dal 3 al 5% dell'efficienza della cella. I ricercatori hanno scoperto che quando viene aggiunto il film di Silexium, parte del carbonio nel rivestimento finisce per diffondersi nella maggior parte del wafer di silicio. Credono che il carbonio competa con il boro per creare un legame con l'ossigeno. Poiché c'è meno ossigeno con cui il boro può legarsi, la degradazione indotta dalla luce è ampiamente evitata.
Abasifreke Ebong, vicedirettore del Photovoltaic Research Center della Georgia Tech, afferma che per confermare che ciò sta accadendo, il passo successivo è studiare il contenuto di ossigeno dei wafer solari dopo che sono stati rimossi dal forno di cottura. Se l'ossigeno è più basso, la teoria regge. Questi sono i dati che stiamo aspettando, dice.
Secondo Mike Davies, vicepresidente senior di Sixtron, ogni 0,1 percentuale di efficienza netta risparmiata dal degrado indotto dalla luce si traduce, in media, in un guadagno di 600.000 dollari di margine di profitto per ogni linea di produzione di celle da 60 megawatt.
Il sistema di Sixtron elimina il rischio di gas silano, basandosi invece su un materiale polimerico solido proprietario che contiene silicio e carbonio. Usando calore e pressione, il solido viene convertito in un gas metil silano meno pericoloso durante il processo di rivestimento della cella. La conversione da solido a gas avviene all'interno del sistema di gestione del gas dell'azienda, chiamato SunBox, che è stato progettato per essere collegato direttamente ai sistemi standard del settore presenti sulla maggior parte delle linee di produzione di celle.
Joshua Pearce , professore di materiali avanzati presso la Queen's University di Kingston, in Ontario, afferma che Sixtron potrebbe sopravvalutare i rischi dell'utilizzo del silano in un impianto di celle fotovoltaiche. Esistono procedure di sicurezza standard che rendono molto sicuro il lavoro in una fabbrica fotovoltaica, afferma. Eppure, aggiunge, qualsiasi cosa per abbassare il costo del fotovoltaico, anche se di poco, è un grande contributo.
Sixtron afferma che sta già lavorando con i tre principali fornitori di apparecchiature per la produzione di celle fotovoltaiche in Germania e ha interesse da molti altri. La società prevede di affittare il sistema a un costo più o meno lo stesso di un sistema a base di silano. È importante sottolineare che evita la necessità di utilizzare altre strategie di riduzione della degradazione indotta dalla luce, basate su metodi di produzione alternativi o sull'uso di wafer più costosi drogati con gallio.