Laboratorio di sostenibilità

Lab PV – Materiali e moduli fotovoltaici innovativi

È ormai sancito a livello globale che l’aumentato fabbisogno energetico ed i rischi ambientali e sociali legati allo sfruttamento delle fonti fossili impongono un utilizzo sempre più ampio di fonti energetiche rinnovabili. Il fotovoltaico (PV) è certamente una delle risorse più interessanti, soprattutto in Paesi con alti livelli di insolazione che spesso sono affilitti da seri problemi di approvvigionamento energetico. Attualmente la grande maggioranze dei moduli PV è costituita da celle solari in silicio; sono tuttavia già disponibili sul mercato moduli PV di materiali alternativi, con un’efficienza di conversione fotovoltaica comparabile al Si, ma caratterizzata da spessori anche cento volte inferiori (circa 2 µm). Ciò consente di realizzare celle solari su substrati flessibili, con la possibilità di integrare in maniera intelligente tali dispostivi negli edifici ed oggetti del futuro ("building integrated PV" (BIPV) e "product integrated PV (PIPV)") oppure di accoppiarne il funzionamento, in modalità tandem, a celle solari Si convenzionali per innalzare l’efficienza del modulo sopra al 30%.

Le attività di ricerca svolte all’interno del laboratorio sulle energie rinnovabili, in particolare sul fotovoltaico, presso l’Istituto IMEM del CNR si suddividono in 2 filoni principali:   
- realizzazione e caratterizzazione di celle solari a film sottile con tecniche di crescita complementari;   
- costruzione di moduli e sistemi basati su celle solari commerciali in Si per applicazioni "off-grid" e personalizzate.

La parte legata ai film sottili riguarda la realizzazione di celle solari a partire da un substrato vetroso su cui vengono depositati vari strati per realizzare il dispositivo, utilizzando le tecniche disponibili presso i nostri laboratori. In particolare, presso IMEM è stata sviluppata una tecnica (Pulsed Electron Deposition, PED) per la deposizione di celle solari ad alta efficienza a base di Cu(In,Ga)Se₂ (CIGS) e Sb₂Se₃ (ASe). Gli altri strati della cella solare sono cresciuti sia con tecniche chimiche (wet) che da vuoto (PED, sputtering). Un approccio complementare utilizzato nei nostri laboratori è quello di sintetizzare e stabilizzare vernici a bassissimo costo di calcogenuri, calco-alogenuri o nitruri fotovoltaici prodotti per via meccanochimica o mediante tecniche di alta pressione/alta temperatura e depositati mediante drop casting, lo spin coating fino a tecniche più sofisticate come la stampa ad inchiostro, e le tecniche aerosol-jet e sinterizzate in processi misti di densificazione e cottura. Durante l’evento verranno mostrati tutti i passaggi della produzione di celle solari a film sottile su vari substrati attraverso le varie tecniche di deposizione, fino al processing del dispositivo, fino alle misure delle proprietà dei singoli starti cresciuti e del dispositivo finito al simulatore solare.

Il secondo aspetto che verrà illustrato riguarda la realizzazione di moduli e sistemi fotovoltaici di potenza basati su celle convenzionali al Si. Inizialmente saranno assemblate le celle per realizzare la struttura fotovoltaica vera e propria; questa verrà protetta e sigillata in modo da poter essere esposta ed utilizzata in situazioni reali. Il modulo sarà testato e utilizzato per alimentare i dispositivi per cui è stato progettato in modo da poterne studiare le caratteristiche, i difetti e la geometria in vista di possibili miglioramenti.