Imem-CNR, verso il fotovoltaico “Cigs” a basso costo
Le tecnologie per i sistemi di produzione su scala industriale nel settore solare-fotovoltaico sono al centro di importanti interessi economici nei paesi a maggior consumo di energia. In quest’ambito, il lavoro dell’Istituto dei Materiali per l’Elettronica ed il Magnetismo del Consiglio Nazionale delle Ricerche di Parma (Imem-Cnr) rappresenta un sostanziale passo avanti verso la produzione a basso costo di moduli fotovoltaici innovativi, a base di film sottili di diseleniuro di rame, indio e gallio. Il lavoro è stato pubblicato sulla rivista ‘Applied Physics Letters‘.
“Questo materiale policristallino, noto con l’acronimo di Cigs, è ideale per applicazioni fotovoltaiche soprattutto perché assorbe la luce in modo molto efficiente”, spiega Massimo Mazzer dell’Imem-Cnr. “È però complesso da sintetizzare sotto forma di film sottile mantenendo le necessarie caratteristiche di composizione chimica e di struttura cristallina. Finora per la deposizione dei film si è ricorsi a processi di sintesi complessi, che richiedono numerosi passaggi in condizioni anche molto diverse di temperatura e pressione: la produzione su scala industriale di moduli fotovoltaici a base di Cigs non è pertanto decollata a causa degli alti costi”.
Il gruppo di ricerca ha sviluppato invece un processo “che consente di depositare film sottili di Cigs, con un unico passaggio a temperature di circa 270°C, molto più basse dell’attuale limite inferiore di circa 400°C dichiarato da altri centri di ricerca e industriali in tutto il mondo”, chiarisce il coordinatore. “Questo importante risultato è stato ottenuto grazie ad una tecnica che utilizza delle scariche elettriche controllate per vaporizzare istantaneamente il Cigs dalla superficie di un lingotto e trasferirlo sul substrato della cella solare. Nei laboratori dell’Imem siamo riusciti a controllare le proprietà termodinamiche di queste nuvole di atomi generate dagli impulsi elettronici fino a ottimizzare la formazione e la crescita del film sottile”.
In termini di efficienza il 15% ottenuto col nuovo processo è in linea con i migliori risultati raggiunti finora su scala industriale “ma ci aspettiamo di riuscire a colmare ulteriormente il gap con l’attuale record mondiale del 20,3% ottenuto in laboratorio dai ricercatori dello ZSW di Stoccarda”, conclude Mazzer. “Un dei principali vantaggi che derivano dall’abbattimento delle temperature è la possibilità di produrre celle solari a film sottile di Cigs su un’ampia gamma di substrati, tra cui nastri metallici o materiali plastici flessibili, realizzando per esempio prodotti fotovoltaici da integrare nell’edilizia, dove si consumano i due terzi circa di tutta l’energia elettrica distribuita dalla rete”.
La ricerca ha avuto il supporto del Ministero dello Sviluppo Economico nell’ambito del Programma Industria 2015.
