Un futuro più luminoso? Trattamento anti-età per i pannelli solari

"Questa degradazione è verificata ma non ancora pienamente compresa" - dice - spiegando che si vede calare la produzione di energia delle celle solari man mano che invecchiano. "Attualmente, fino al 20 % della perdita di efficienza è dovuta a questo effetto, anche se le sue cause sono ancora sconosciute. L'industria sta cercando di affrontare il problema usando materiali di migliore qualità ma più costosi, o usando diversi dopanti nel silicio, ma finora non c'è una soluzione efficiente in termini di costi".

Ed è qui che la formazione della prof.ssa Savin in ingegneria elettronica si è rivelata molto utile: avendo studiato microelettronica presso il Politecnico di Helsinki (TKK), lei è attualmente la direttrice del Gruppo di fisica dell'elettrone nel Dipartimento di micro e nanoscienze nella Scuola di ingegneria elettrica dell'Università di Aalto, in Finlandia.

Un ragionamento basato sul rame

In anni recenti, si è vista una convergenza delle tecnologie e dei materiali usati in microelettronica e nelle celle solari fotovoltaiche (FV) basate sul silicio. La prof.ssa Savin sta ora tentando di applicare la sua precedente ricerca per risolvere un problema in questo nuovo campo.

"La mia ipotesi è che le impurità di rame nel silicio, reagendo con la luce, causano la diminuzione della resa energetica", lei dice. "C'è sempre del rame nel silicio usato nelle grandi celle FV, o si tratta di impurità preesistenti o conseguenti al processo di produzione, e questo rame può spostarsi, diffondendosi attraverso il silicio, persino a temperatura ambiente".

"Nel mio dottorato di ricerca io ho studiato il rame in microelettronica, e in particolare la contaminazione da rame nel silicio", ha proseguito. "Io ho usato la luce per rendere il rame elettricamente attivo. Io volevo produrre questo effetto, ma la mia ipotesi è che questo spiega anche la degradazione che l'industria FV vorrebbe evitare. Quando si espongono delle celle fotovoltaiche alla luce solare, quest'ultima rende le impurità di rame elettricamente attive, esse si muovono e si accumulano e così i grumi esistenti diventano più grandi, e questo è ciò che danneggia la cella FV e ferma il flusso di corrente elettrica".

Il gruppo di ricerca della prof.ssa Savin sta quindi sviluppando una soluzione usando una carica negativa sulla superficie del silicio, sfruttando le proprietà di isolamento dei rivestimenti protettivi ossidati comuni alla maggior parte delle celle FV. La superficie perciò attira ioni di rame, evitando che si accumulino in ammassi, e il flusso di energia elettrica rimane inalterato.

"L'effetto di degradazione è lento, quindi gli esperimenti devono durare per giorni", dice. "Il sostegno del CER ha significato che noi ci possiamo concentrare sulla soluzione di questo problema per i prossimi cinque anni, con uno studente post dottorato e un dottorando dedicati a questo, e usare gli strumenti specialistici disponibili presso la struttura Micronova per controllare i livelli di rame contaminante".

Micronova è l'infrastruttura nazionale di ricerca in Finlandia per la micro- e nanotecnologia, gestita dal Centro per la ricerca tecnologica VTT in Finlandia e dall'Università di Aalto. Le sue attrezzature dedicate permettono alla prof.ssa Savin di studiare gli effetti del rame solo nel silicio, evitando la contaminazione incrociata causata da altre impurità.

"Questo progetto è scienza di base, ma la capacità di produzione e il mercato per la tecnologia FV sono già enormi, quindi ci sarà un grosso impatto tecnologico se funziona, e le applicazioni potrebbero arrivare abbastanza velocemente", lei dice. "D'altro canto, perfino se non dovesse funzionare su scala industriale, anche una migliore comprensione della scienza di questo effetto potrebbe rappresentare un risultato significativo, portando ad altre soluzioni migliori in futuro". Dopo l'energia idroelettrica e quella eolica, l'energia solare basata sul fotovoltaico è già la terza fonte energetica rinnovabile più importante, con oltre 100 GW di capacità istallati a livello globale. Quindi, proseguendo con il suo lavoro, la prof.ssa Savin potrebbe aiutare a compiere un progresso verso una rivoluzione energetica basata su una fonte affidabile e rinnovabile.

"Il mio sogno è che la tecnologia che ho sviluppato venga utilizzata dall'industria fotovoltaica globale", lei conclude.

Fonte: Prof.ssa Hele Savin

Detaggli del progetto:

- Coordinatore del progetto: Scuola di ingegneria elettrica dell'Università di Aalto, Finlandia
- Titolo del progetto: Riddle of light-induced degradation in silicon photovoltaics
- Acronimo del progetto: SOLARX
- Sito web dell'istituzione
- Programma di finanziamento del 7°PQ (Bando CER): Starting Grant 2012
- Finanziamento CE: 850 000 euro
- Durata del progetto: 5 anni