produzione di energia elettrica con sistemi a celle ... - Il Saturatore

gli impianti fotovoltaici
Nella produzione industriale il grado di efficienza maggiore viene raggiunto dalle
celle solari monocristalline (14-17%), che hanno un aspetto omogeneo dal blu scuro
fino al nero. Per la produzione di queste celle si estrae dal silicio fuso secondo il
metodo Czochralski un blocco cilindrico formato da un unico cristallo che viene
tagliato in lunghezza su quattro lati in modo che le sottili fette successivamente
tagliate (i cosiddetti wafer) abbiano una forma approssimativamente quadrata
(dimensioni tipiche circa 10 x 10 cm).
Questo formato rende possibile una maggiore compattazione delle celle all’interno
del modulo, ma implica anche un grande impiego di tempo ed energia per il
procedimento di taglio e soprattutto un alto volume di sfrido del silicio, materiale
prezioso e ad alto livello di purezza. Le celle solari policristalline raggiungono un grado
di efficienza tra il 12 e il 14% circa e sono di colore blu medio-scuro mentre i diversi
cristalli all’interno di una cella rimangono riconoscibili perché di diverso colore. I
wafer quadrati vengono tagliati da blocchi policristallini di silicio ottenuti per fusione
in stampi e hanno dimensione fino a circa 30 x 30 cm. Anche questo metodo di
produzione implica un certo sfrido.
Le celle solari prodotte con il cosiddetto processo EFG (edge-defined film-fed
growth,) sono anch’esse di silicio policristallino e hanno un grado di efficienza di
circa 13-15%; queste celle solari hanno un colore blu omogeneo. Con il processo
EFG si produce un tubo di sezione ottagonale (ma cavo all’interno) dal silicio fuso, il
cui lato è di circa 10 cm e la cui lunghezza può arrivare fino a 5 metri, mentre le facce
del parallelepipedo sono già dello spessore finale delle celle. Il profilo ottagonale
viene tagliato con un laser in wafer di dimensioni 10 x 10 cm oppure 10 x 15 cm. Il
vantaggio rispetto al sistema di fusione in stampi consiste nel risparmio di materiale
che questo procedimento permette.
Con la tecnologia a film sottile si possono produrre celle solari di spessore di pochi
micrometri evitando così la dispendiosa produzione di wafer. Il materiale
semiconduttore viene fissato su grandi superfici di un altro materiale di supporto (di
norma vetro). I vantaggi di questa tecnologia risiedono nel risparmio di materiale,
nella semplicità del drogaggio e nella possibilità di produrre elementi di ampia
superficie dall’aspetto omogeneo. Il materiale attualmente più utilizzato per le celle a
film sottile è il silicio amorfo (a-Si), che non ha alcuna struttura cristallina, ma è
composto da atomi disordinati. Le celle di silicio amorfo prodotte industrialmente
raggiungono un grado di efficienza intorno al 6-7%. I moduli FV hanno un aspetto
che va dal rosso al marrone scuro e possono essere opachi (non lasciano passare la
luce) ma anche in versione semitrasparente.
Dalla fine degli anni 90 sono disponibili sul mercato anche moduli a film sottile con
celle solari di rame-indio-diselenide (CIS). Queste celle dal colore marrone scuro fino
al nero hanno un grado di efficienza intorno al 10-11%. Un altro materiale adatto alla
produzione di celle a film sottile è il telloruro di cadmio (CdTe).
In Giappone da qualche anno esiste una produzione di celle solari di CdTe per
applicazioni in piccole apparecchiature. Sono da poco iniziate produzioni pilota di
dimensioni industriali, anche se il grado di efficienza rimarrà intorno all’8-9%. Oltre
ai tipi di celle finora elencati ne esistono altre per applicazioni particolari, come per
esempio l’uso spaziale. Lo sforzo di numerosi istituti e laboratori di ricerca in tutto il
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Walter Morgano Tesi di Dottorato di Ricerca