In un articolo ad accesso libero pubblicato su Cell, dieci scienziati hanno previsto i percorsi di innovazione per le principali tecnologie di celle fotovoltaiche nei prossimi cinque anni.
Sebbene la capacità fotovoltaica installata in tutto il mondo superi 1 terawatt (1.000 GW), secondo i ricercatori il contributo del solare alla produzione di energia elettrica a livello mondiale rimane esiguo, tra il 5% e il 6%. Data la “necessità urgente” di distribuire il fotovoltaico su scala multi-terawatt nei prossimi due decenni per mitigare le emissioni di gas serra, “l’innovazione dei dispositivi fotovoltaici assume una nuova urgenza e un nuovo impatto”.
La ricerca che porta a “progressi anche relativamente piccoli” nell’efficienza, nell’affidabilità e nell’efficienza di produzione “avrà un grande impatto futuro su scala multi-TW”, hanno detto i ricercatori, notando che questi fattori si combinano per rendere “la proposta di valore sempre più convincente” per la generazione di energia fotovoltaica.
Mentre il fotovoltaico in silicio cristallino deteneva una quota di mercato del 95% nel 2022, in un “futuro su scala terawatt” con “il fotovoltaico ovunque”, diverse tecnologie potrebbero essere complementari o combinate.
La tecnologia fotovoltaica al silicio nota come TOPCon (tunnel oxide passivating contact), con una quota di mercato del 23%, “supererà” la produzione di PERC (passivated emitter and rear cell) entro il 2025 e “probabilmente diventerà la tecnologia di scelta per la produzione di nuove celle negli Stati Uniti”, si prevede nell’articolo.
Le celle fotovoltaiche in silicio cristallino si stanno avvicinando all’efficienza massima teorica a singola giunzione del 29,4%.
La ricerca è ancora necessaria per sviluppare contatti passivanti ad alta temperatura e ad area selettiva su entrambi i lati della cella fotovoltaica (“TOPCon avanzato”), per migliorare la trasparenza e la conduttività dei contatti della tecnologia a etero-giunzione (HJT) (“HJT avanzato”) e per combinare le più recenti tecnologie HJT o TOPCon con una struttura a contatto posteriore interdigitato (IBC), “che potrebbe raggiungere un’efficienza pratica finale del 28% forse già nel 2025”.
Tuttavia, man mano che ci si avvicina al limite teorico, “vengono alla luce diverse nuove modalità di degrado, chiamate degrado indotto dai portatori e difetti metastabili”, affermano i ricercatori.
L’industria “sta lavorando per ridurre o eliminare” l’uso di materiali scarsi come l’argento per la formazione delle linee di griglia e l’indio usato negli ossidi conduttori trasparenti, dicono gli autori. Diverse aziende fotovoltaiche e laboratori di ricerca hanno annunciato la progettazione di celle fotovoltaiche HJT con un consumo ridotto di indio “o addirittura celle HJT senza indio”.
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