Celle solari flessibili di CdTe monoliticamente integrate in configurazione superstrato (PRIN 2009)

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Starting date
July 15, 2011

Duration (months)
24

Departments
Computer Science

Managers or local contacts
Romeo Alessandro

Description

Le celle solari al tellururo di cadmio hanno dimostrato una enorme potenzialità in termini di scalabilità, bassi costi di produzione e relative alte efficienze garantendo una notevole riduzione dei costi dell'energia prodotta [1]. Infatti possono essere prodotte con un sistema in linea, dove partendo da un vetro si arriva a realizzare un modulo fotovoltaico finito nello stesso processo dando fino ad un modulo al minuto [2].
La relativa facilità con cui si riescono a preparare film policristallini di buona qualità di CdTe è testimoniato oltre che dal buon successo commerciale anche dall'elevato numero di diverse tecniche di preparazione che hanno dato buone efficienze: dal 14% per sputtering [3] al record di efficienza del 16.5% [4] realizzato con deposizione ad alta temperatura di substrato come la sublimazione a spazi ravvicinati (CSS close space sublimation), che permette una elevata cristallizzazione del materiale a fronte però di alte temperature di substrato.
Negli ultimi tempi si sono affacciate diverse nuove interessanti configurazioni che potrebbero estendere le applicazioni di questi moduli specialmente per l'integrazione nei palazzi. Soprattutto, tra queste, i moduli flessibili, cioè usando celle che depositate su un substrato flessibile, possano adattarsi a qualunque tipo di superficie potendo quindi essere facilmente integrati nei tetti e nelle facciate, ma soprattutto risultando notevolmente più leggere e quindi molto meno costose da installare. Inoltre con un sistema di deposizione roll to roll la scalabilità del processo è aumentata rispetto alla deposizione su singoli vetri.
Per realizzare celle solari di CdTe flessibili, bisogna però applicare un processo a bassa temperatura di substrato diverso da quello sopra descritto (CSS) poiché il supporto flessibile è generalmente un polimero che difficilmente riesce a sopportare temperature maggiori di 400°C ed allo stesso tempo deve avere una trasparenza che si avvicini il più possibile a quella del vetro, dato che per le celle al CdTe tipicamente la luce attraversa il substrato[5]. Nel nostro laboratorio abbiamo messo a punto un processo di deposizione a bassa temperatura, evitando di usare il sistema di sublimazione a spazi ravvicinati e invece optando per una evaporazione termica.
Nel processo produttivo di moduli fotovoltaici a film sottile, una delle caratteristiche che lo rende altamente scalabile è la possibilità di integrare monoliticamente le celle [6]. Infatti si eseguono tipicamente tre tagli: il primo sul contatto frontale (tipicamente un ossido trasparente conduttore TCO) che permette di isolare una cella da quella seguente, il secondo sugli strati CdS/CdTe per aprire un varco tra il contatto frontale e quello posteriore che una volta depositato va ad inserirsi nel taglio contattando in serie una cella con quella successiva ed infine l'ultimo taglio che incide CdS/CdTe e contatto posteriore isola il contatto posteriore di una cella con quella successiva.
I tagli vengono eseguiti attraverso incisione da fasci laser (laser scribing) che passano attraverso il vetro e riescono ad essere opportunamente selettivi utilizzando diverse lunghezze d'onda per ogni materiale differente. I sistemi di laser scribing sono oramai reperibili sul mercato e realizzati anche per la preparazione di celle a film sottile come il CdTe/CdS.
D'altra parte se invece del tradizionale substrato di vetro si utilizza un substrato flessibile polimerico ( con differenti coefficienti di assorbimento e più bassa resistenza alle temperature rispetto al vetro), come quello applicato nei nostri laboratori, la tecnica di contattatura laser diventa un campo relativamente nuovo. I buoni risultati ottenuti con alcuni particolari tipi di polimeri in termini di efficienza delle celle devono essere quindi verificati rispetto alla possibilità di effettuare il laser scribing, senza il quale la scalabilità industriale del processo è compromessa.
In questo progetto il laboratorio di fisica applicata dell'università di Verona intende contibuire realizzando celle solari a film sottile di CdTe/CdS su diversi substrati flessibili, prevalentemente polimerici. D'altra parte la scelta del miglior polimero e l'adattamento del processo di deposizione dei vari strati al nuovo tipo di substrato deve essere anche condizionato dall'ottimizzazione del laser scribing. Verranno quindi realizzate celle utilizzando diversi substrati flessibili e trasparenti che poi verranno testate nel nuovo processo di laser scribing.
Realizzando un processo completo, con l'individuazione di un polimero ideale come supporto flessibile per le celle al CdTe/CdS non solo dal punto di vista della qualità della cristallizzazione, delle proprietà elettriche ma anche dal punto di vista della realizzazione in grande serie, puntiamo ad avere un prototipo del processo definitivo pronto per essere applicato a livello industriale

Sponsors:

PRIN VALUTATO POSITIVAMENTE
Funds: requested
Syllabus: COFIN - Progetti di Ricerca di Interesse Nazionale

Project participants

Alessandro Romeo
Assistant Professor
Research areas involved in the project
Fisica sperimentale della materia
Condensed matter physics - Micro- and nano-scale materials
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