Moduli solari tandem in perovskite e silicio made in USA potrebbero essere prodotti a 0,35 $/W

I moduli fotovoltaici basati su celle solari tandem in perovskite e silicio potrebbero essere prodotti negli Stati Uniti a un prezzo minimo sostenibile di 0,35 dollari/W. Lo sostiene un’analisi tecnico-economica condotta da ricercatori del National Renewable Energy Laboratory (NREL) del Dipartimento dell’Energia statunitense.

“Il nostro lavoro si basa sui dati raccolti dai produttori di macchinari e dai fornitori di materiali nell’ultimo anno”, ha dichiarato a pv magazine l’autore principale della ricerca, Jacob J. Cordell. “Abbiamo ipotizzato che i moduli avessero un’efficienza compresa tra il 25% e il 35%”.

I dati sono stati elaborati attraverso il modello di analisi dettagliata dei costi DCAM, uno strumento ad accesso libero sviluppato dallo stesso NREL per costruire modelli di costo per componenti e sistemi fotovoltaici. Il calcolo del costo livellato dell’energia (LCOE) è stato effettuato ipotizzando efficienze tandem fino al 35%, durate di vita comprese tra 10 e 30 anni e fabbriche di dimensioni da GW.

I ricercatori hanno fornito un’analisi tecno-economica dettagliata delle architetture di celle solari a due (2T) e quattro (4T) terminali affermando che, nonostante le loro potenziali molteplici configurazioni, i costi di produzione sono simili. I progetti 4T, tuttavia, potrebbero essere preferibili in futuro poiché la configurazione 2T esclude l’uso di dispositivi a contatto posteriore (BC) per le celle inferiori. D’altra parte le tecnologie ad alta efficienza, come il BC e l’etero-giunzione (HJT), potrebbero essere la scelta preferita per i moduli tandem che sono progettati principalmente per massimizzare l’efficienza e la produzione di energia. La loro analisi, tuttavia, ha incluso anche le tecnologie PERC e TOPCon.

Il team di ricerca ha scoperto che, senza gli incentivi concessi dall’Inflation Reduction Act (IRA) introdotto dall’amministrazione Biden, i moduli in silicio perovskite con un’efficienza del 25% potrebbero essere attualmente prodotti negli Stati Uniti a 0,359 $/W per i progetti 4T e a 0,364 $/W per le architetture 2T. È stato inoltre accertato che, con un’efficienza del 30%, i pannelli 4T possono essere prodotti a 0,299 $/W e i moduli 2T a 0,303 $/W.

“Con un’efficienza del modulo del 32,5%, il costo del 4T scende al di sotto del costo da noi calcolato per un modulo PERC Si con un’efficienza del 22%, pari a 0,285 $/W”, ha spiegato Cordell, osservando che con un’efficienza del 35% il costo sarebbe compreso tra 0,257 $/W e 0,306 $/W.

Secondo gli scienziati il vetro solare, i backsheet, l’incapsulamento e i precursori dello strato di trasporto degli elettroni (ETL) nella sub-cella di perovskite sono gli elementi del modulo che contribuiscono ad elevare i costi di produzione dei moduli tandem rispetto ai prodotti a singola giunzione.

Gli studiosi ritengono che questi costi possano essere ulteriormente ridotti nel futuro prossimo grazie a ulteriori diminuzioni dei costi delle celle di silicio e al fatto che i precursori di perovskite e i macchinari potrebbero diventare più standard a livello industriale.

Secondo Cordell, tuttavia, i moduli tandem perovskite-silicio potranno essere commercializzati solo se le loro prestazioni saranno effettivamente testate. “Abbiamo assistito alla recente messa in funzione di impianti fotovoltaici a base di perovskite in Cina e, se i dati di questi impianti saranno resi disponibili, potremo avere informazioni interessanti sul degrado dei moduli nel tempo”, ha affermato. “Un test di due anni in combinazione con test accelerati potrebbe aiutare questa tecnologia ad avvicinarsi al mercato”.

Cordell ha anche affermato che è difficile valutare la quantità di dati necessari. “Naturalmente la vendita di un prodotto non richiede necessariamente l’aumento delle quote di mercato”, ha dichiarato. “Potrebbe essere necessario più tempo del previsto per raggiungere questo obiettivo poiché potrebbero emergere altri meccanismi di degrado, come stiamo vedendo per i moduli TOPCon in questo momento”.

Gli scienziati del NREL hanno aggiunto che, anche considerando i costi di produzione del fotovoltaico in Cina, i moduli tandem potrebbero avere difficoltà a competere con le controparti a giunzione singola poiché le efficienze delle celle TOPCon, BC e HJT disponibili in commercio continuano ad aumentare e i costi a diminuire. “Tuttavia le nostre ipotesi si basano su un tipo di impianto di produzione che non esiste ancora”, ha dichiarato. “Se i costi dei moduli tandem sono elevati in questo momento non significa che lo saranno anche tra due anni. Un’industria della perovskite più grande potrebbe contribuire a cambiare questo quadro”.

Cordell ha inoltre sottolineato che i moduli tandem offriranno anche un vantaggio in termini di efficienza per area. “Non si tratta solo del costo per watt – ha affermato -. Con questi moduli potrebbere esserci costi più bassi grazie alla riduzione di superficie necessaria per le centrali, che non renderebbe necessario acquistare o affittare più terreni. Questa tecnologia sarà sviluppata soprattutto con progetti su larga scala, almeno inizialmente”.

Il lavoro di ricerca è stato presentato in “Technoeconomic analysis of perovskite/silicon tandem solar modules“, pubblicato sulla rivisita scientifica Joule.

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