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Una nuova tecnologia di produzione potrebbe significare celle solari più economiche
Un nuovo modo per realizzare rivestimenti sottili e uniformi sviluppato presso la Rice University potrebbe ridurre i costi di produzione di celle solari al silicio convenzionali e potrebbe aprire la strada a nuovi tipi di celle solari che sono molto più efficienti o più economiche di quelle convenzionali.
Macchina solare: Il CEO di Natcore Technology mostra un prototipo di AR-Box, che utilizza una nuova tecnologia di deposizione a base di liquidi per applicare rivestimenti antiriflesso.
La tecnologia, che deposita i rivestimenti in un processo a bassa temperatura a base liquida anziché nel processo a base di gas ad alta temperatura utilizzato ora, viene commercializzata da Natcore Technology, una startup a Red Bank, nel New Jersey. L'azienda prevede di utilizzare la tecnologia per sostituire un passaggio standard nella produzione convenzionale di celle solari, aggiungendo un rivestimento antiriflesso ai wafer di silicio per aiutarli ad assorbire più luce. Offrirà anche una tecnologia antiriflesso più avanzata, chiamata silicio nero.
Allo stesso tempo, Natcore sta sviluppando applicazioni più avanzate del processo, inclusa la fabbricazione di celle solari fatte di nanotubi di carbonio o cristalli su scala nanometrica chiamati punti quantici. Tali celle solari probabilmente impiegheranno anni per essere commercializzate, ma potrebbero superare di gran lunga le prestazioni delle celle solari convenzionali. Le celle solari nano sono state tentate in precedenza, ma l'azienda pensa che la sua nuova tecnologia di produzione potrebbe renderle accessibili.
In sostituzione dei processi ad alta temperatura su una linea di produzione convenzionale, il processo a base di liquidi può ridurre i costi di produzione. L'amministratore delegato di Natcore, Charles Provini, stima che la sostituzione di una macchina di rivestimento convenzionale con una della sua azienda potrebbe far risparmiare a un produttore di energia solare circa $ 1 milione di costi di elettricità all'anno.
I produttori attualmente non utilizzano processi a base liquida per i rivestimenti antiriflesso, in parte perché è stato difficile rendere il rivestimento sufficientemente uniforme per le celle solari. Il problema nasce dal modo in cui normalmente funziona un processo liquido. Il rivestimento si forma quando i reagenti nel liquido interagiscono con una superficie. Quando i reagenti sono esauriti, le velocità di deposizione cambiano, determinando variazioni nello spessore del rivestimento. I ricercatori della Rice hanno affrontato questo problema sviluppando un sistema per reintegrare continuamente i reagenti monitorando da vicino anche lo spessore dei film.
Uno dei progetti avanzati di nanocelle solari di Natcore prevede il deposito di strati di punti quantici su una cella solare di silicio. I punti quantici sono progettati per assorbire i colori che il silicio non assorbe, raddoppiando potenzialmente l'efficienza delle celle solari. Questo è stato provato in precedenza, ma la formazione di uno strato di punti quantici ha richiesto una tecnologia di elaborazione costosa e si è dimostrato difficile distanziare i punti quantici per evitare scariche elettriche indesiderate tra di loro. Il processo Natcore è poco costoso e fornisce un mezzo per controllare la disposizione dei punti quantici rivestendoli con uno strato di biossido di silicio che funge da distanziatore. L'azienda ha deciso di iniziare rivestendo celle solari al silicio convenzionali per rendere più facile per l'industria l'adozione della tecnologia, ma alla fine potrebbe eliminare i wafer di silicio per una cella solare interamente basata su punti quantici che utilizza più di un tipo di quantistica. punto per assorbire in modo efficiente l'intera gamma di lunghezze d'onda alla luce del sole.
Un altro progetto, che Natcore sta sviluppando insieme a Kodak, prevede l'utilizzo del processo di deposizione liquida per rivestire una rete di nanotubi di carbonio con un materiale semiconduttore solare per produrre celle solari sottili e flessibili. Natcore afferma che le celle solari che utilizzano questo design potrebbero essere efficienti quanto le celle solari al silicio convenzionali, ma costano circa la metà, in gran parte perché potrebbero essere realizzate con la stessa attrezzatura utilizzata da Kodak per realizzare pellicole fotografiche. Poiché le celle solari sarebbero leggere e flessibili, sarebbero anche più facili da installare, dimezzando i costi di installazione, stima Natcore.
Andrew Barron, il professore di chimica e scienza dei materiali alla Rice University che ha sviluppato la tecnologia di deposizione liquida, afferma che il design dei nanotubi di carbonio è più vicino alla commercializzazione rispetto a quello del punto quantico. Dice che i ricercatori hanno realizzato piccoli prototipi di celle solari: il restante lavoro di sviluppo ha a che fare con l'elaborazione dei dettagli della produzione. Le celle solari a punti quantici sono ancora in una fase iniziale: finora i ricercatori hanno utilizzato il processo liquido solo per dimostrare che è possibile distribuire i punti quantici secondo necessità. Non hanno ancora costruito celle solari.
Natcore ha raccolto circa 6 milioni di dollari tramite un'offerta pubblica su una borsa canadese. Ha inoltre firmato accordi di joint venture con aziende cinesi e italiane. La società prevede di concedere in licenza la sua tecnologia ad altri, piuttosto che produrre celle solari. Attualmente sta testando una versione prototipo di una macchina per la deposizione di liquidi su scala commerciale e Provini afferma che la società ha quattro produttori di celle solari in fila per acquistare la versione commerciale della macchina, se l'azienda soddisfa determinati traguardi tecnici.