R&S: i film sottili, FV della 2° generazione

La seconda generazione, oggi in fase di sviluppo, è quella dei moduli fatti con film sottili di materiali semiconduttori microcristallini che si prestano alla deposizione in strati su lamine di sostegno (vetro, metallo, plastica, ecc.), come ad esempio il silicio amorfo idrogenato, il diseleniuro di indio e rame, il tellururo di cadmio, il solfuro di cadmio, ecc. Per questi prodotti è stato possibile mettere a punto un processo industriale in continuo, quasi completamente automatizzato, che può portare a ridurre fortemente i costi di produzione dal momento che il costo del materiale fotovoltaico in film sottile risulta pressoché trascurabile nei confronti degli altri costi tecnologici. Dato il costo più basso per la produzione, la competitività dell’energia prodotta può essere ottenuta con un efficienza dei moduli un po’ più bassa di quella della prima generazione, in ogni caso sempre superiore a circa il 13-15%. Tale valore è stato ottenuto in laboratorio per submoduli di piccola superficie, ma esso non è stato ancora raggiunto nei moduli di produzione industriale, che mostrano oggi efficienze intorno al 10%. Il processo di sviluppo è in corso e la probabilità di ottenere la competitività nel prossimo futuro è alta. Esistono tuttavia molti dubbi di tipo ecologico sulla possibilità di diffondere su larga scala l’uso di impianti a film sottili. Infatti, se si eccettua il silicio amorfo (che ha però altri problemi), tutti gli altri materiali possiedono caratteristiche di alta tossicità, che porterebbero a precauzioni di sicurezza nell’uso e, soprattutto, a problematiche di smaltimento dei rifiuti a fine vita operativa con conseguente innalzamento dei costi economici. www.aspoitalia.net pdf

Alcuni sistemi a film sottili sono già in commercio, ad esempio quelli in silicio amorfo (aSi) e quelli in rame-indio-selenio (CIS). Sono comunque anche questi ancora soggetti a progressi sia nell'aumento dell'efficienza e sia nell'industrializzazione dei sistemi di produzione per ridurne i costi

Moduli CIS e CIGS

Sono moduli a fil sottili con semiconduttori in rame- indio-selenio e rame-indio-gallio-selenio, sono già presenti in commercio ma anche in fase di R&S.
Hanno efficienze abbastanza alte: attualmente fino al 13%

I costi attuali sono leggermente inferiori ai sistemi al silicio ma con prospettive di riduzione anche considerando la minima quota di mercato attualmente occupata

Il problema maggiore per uno sviluppo su larga scala è la scarsa disponibilità di indio e selenio

Società produttrici
www.wuerth-solar.de
www.shell.com

Società R&S
www.daystartech.com
www.heliovolt.com
www.renewableenergyaccess.com
www.miasole.com
www.globalsolar.com

EROEI Si vs CIS
www.homepower.com

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 schema cella CIGS
Schema del modulo CIGS della Miasolé


modulo CIS
Data la tonalità uniforme i moduli CIS si prestano abbastanza bene all'integrazione architettonica

Moduli in tellururo di cadmio (CdTe)

Il tellururo di cadmio è un ottimo semiconduttore, con una banda di assorbimento dello spettro solare maggiore dei semiconduttori al silicio, quindi con un potenziale maggiore di efficienza anche con una singola giunzione.
Ha una maggiore efficienza anche a temperature elevate e maggiore efficienza nell'utilizzo della radiazione diffusa, quindi a parità di potenza di picco può produrre più kWh/anno.

Rispetto ai semiconduttori CIS e CIGS ha il vantaggio di utilizzare materie prime più abbondanti.

Il costo previsto è nell'ordine di 1€/W, quindi un 30% del costo dei moduli in silico.

Il limite maggiore è nella pericolosità della lavorazione del cadmio.

In Italia sarà realizzata una fabbrica per la produzione di moduli commerciali con capacità di 18 MW/anno, i moduli dovrebbero avere una efficienza dell'11% e costare 0,5€/W. L'unità produttiva sarà costruita ad Arese
www.ansa.it
www.solar-sse.com
www.energymeeting.it/Download/Roma2006Romeo.ppt 

A Francoforte, in Germania, sarà realizzata un fabbrica con una capacità produttiva di 100 MW/anno
www.firstsolar.com

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schema cella CdTe
Schema del film sottile  CdTe
Fonte: www.solar-sse.com
 
    modulo in CdTe
L'uniformità cromatica è caratteristica comune nei moduli a film sottili

Moduli all'arseniuro di gallio (GaAs)
La tecnologia GaAs è attualmente la più interessante dal punto di vista dell’efficienza ottenuta, superiore al 25-30%, ma la produzione di queste celle è limitata da costi altissimi e dalla scarsità del materiale, utilizzato prevalentemente nell’industria dei “semiconduttori ad alta velocità di commutazione” e dell’optoelettronica (led e fototransistors).

Infatti la tecnologia GaAs viene utilizzata principalmente per applicazioni spaziali , dove sono importanti pesi e dimensioni ridotte. I risultati ottenuti con celle GaAs danno un’efficienza di conversione maggiore del 30%.
Nel 1999 un progetto congiunto tra Spectrolab e il National Renewable Energy Laboratory (NREL) ha raggiunto un record importante nelle conversione fotovoltaica, realizzando una cella solare con efficienza di conversione pari al 32,3%.

cronologia tecnologia GaAs

Questa cella a tripla giunzione è stata costruita utilizzando tre strati di materiali semiconduttori, fosfuro di indio/gallio su arseniuro di gallio su germanio (GaInP2/GaAs/Ge). Si ritiene che siano possibili ulteriori progressi in breve tempo tali da permettere il raggiungimento della soglia del 40%.

Fonte:
www.enerecosrl.com
www.spectrolab.com