Focus sulla tecnologia PVD nella produzione di celle solari

pv magazine Italia ha visitato Kenosistec in occasione dell’apertura del nuovo Coating Center e Innovation Hub presso la sede aziendale a Casarile, in provincia di Milano, e ha intervistato il CEO Mauro Margherita e il direttore tecnico Stefano Perugini.

Il nuovo centro è dedicato alle tecnologie green di PVD Coating ed è un polo di ricerca, sviluppo e produzione in cui è protagonista questa tecnologia di finitura utilizzata anche nel settore del fotovoltaico per la produzione di celle solari.

pv magazine Italia: Innanzitutto, nell’industria fotovoltaica perché si usa la tecnologia PVD?
È una tecnologia fondamentale per la produzione di celle solari in silicio cristallino, film sottili e celle tandem, contribuendo a migliorarne le prestazioni e la durata nel tempo. Viene impiegato per diverse applicazioni specifiche, tra cui la deposizione di contatti metallici, come argento, alluminio e rame, la realizzazione di strati riflettenti, barriere antiriflesso e rivestimenti protettivi. Un esempio significativo dell’impiego del PVD nel fotovoltaico è rappresentato dalla produzione di moduli CIGS (rame, indio, gallio e selenio) che utilizzano film sottili di materiali semiconduttori depositati su substrati flessibili o rigidi, offrendo vantaggi in termini di efficienza e versatilità.

In che modo il processo PVD si distingue rispetto ad altre tecniche di rivestimento?
Per una serie di caratteristiche che lo rendono particolarmente vantaggioso. La differenza principale sta nel metodo con cui avviene la deposizione. Il PVD è un processo fisico, in cui il materiale di rivestimento viene scalzato da un target di materiale e poi depositato direttamente sulla superficie del substrato. Questo lo distingue da tecniche come il CVD o l’ALD, che invece si basano su reazioni chimiche per formare il film sottile. Un aspetto tecnico rilevante è che il PVD opera generalmente a temperature inferiori rispetto ad altre tecniche come il CVD. Questo significa che può essere utilizzato senza rischiare di danneggiare substrati sensibili, come il vetro o alcuni polimeri, garantendo al tempo stesso un’elevata qualità del rivestimento. Dal punto di vista ambientale, i processi chimici possono richiedere l’uso di gas precursori tossici, corrosivi o possono generare scorie. Il PVD, invece, non produce sottoprodotti dannosi, contribuendo a ridurre l’impatto ambientale dei processi produttivi.

Come può il PVD migliorare l’efficienza dei pannelli solari?
Nel settore fotovoltaico, anche piccole impurità possono compromettere le prestazioni delle celle solari. La capacità di garantire rivestimenti di alta qualità e purezza rende il PVD uno dei processi migliori per la loro realizzazione. Un altro vantaggio significativo è il controllo preciso dello spessore e delle proprietà del film depositato. Grazie a questa caratteristica, è possibile ottenere strati omogenei con una struttura ben definita, un fattore cruciale per la realizzazione di strati antiriflesso, contatti metallici e rivestimenti funzionali nelle celle solari.

Offre la possibilità di depositare anche la perovskite?
Certo, e ciò rende questa tecnologia estremamente flessibile per fini di ricerca e produzione. Un esempio è rappresentato da PerovSKY, il processo innovativo brevettato di PSK Kenosistec e CNR-IMM di Catania, privo di solventi e a ridotto spreco per la produzione di strati di Perovskite, da integrare nelle architetture delle celle solari. Questo metodo fisico, denominato Low-Vacuum Proximity Space Effusion (LV-PSE), consente di produrre celle fotovoltaiche a costi più contenuti e in modo più sostenibile. Questa tecnologia permette di aumentare l’efficienza e la durata del sistema, riducendo al contempo il consumo di materiale da depositare. Inoltre, rende la produzione di Perovskite più accessibile, contribuendo ad accelerare la diffusione dell’energia pulita su scala globale.

In merito a PerovSKY, quali risultati avete registrato?
Parliamo di evaporazione termica ad effusion cell. Gli obiettivi principali di questa tecnologia includono un significativo aumento della produttività. Questo risultato viene ottenuto incrementando la velocità di deposizione, che nei processi HV-PVD tradizionali non supera i 10 nm/min, e riducendo lo spessore dello strato di Perovskite, che in genere supera i 400 nm, senza compromettere la qualità prestazionale del film. Un altro vantaggio fondamentale è la riduzione del CAPEX, possibile grazie a un abbassamento dei costi delle apparecchiature dovuto all’impiego di un basso vuoto. Inoltre, si registra una diminuzione della necessità di manutenzione, evitando i costi elevati legati alla sostituzione frequente di componenti, alla ricarica del materiale da depositare e ai cicli di manutenzione richiesti a causa della corrosione.

In generale, quali sono le sfide principali nell’applicazione del PVD all’energia solare?
Diverse. L’uniformità e l’adesione dei rivestimenti sono aspetti critici e la tecnologia PVD restituisce risultati eccellenti. Con il miglioramento dei parametri di deposizione e l’uso di pretrattamenti della superficie, si stanno ottenendo film sempre più omogenei e stabili, garantendo prestazioni elevate delle celle solari. Un’altra sfida del settore riguarda l’ottimizzazione delle nuove generazioni di celle solari, come appunto le celle a perovskite o le celle tandem. Tuttavia, l’adattabilità del PVD consente di sperimentare nuovi materiali e ottimizzare i parametri di deposizione per integrarli in queste tecnologie emergenti. Già oggi si stanno sviluppando metodi innovativi per migliorare l’adesione dei film sottili su substrati sensibili, aprendo la strada a celle solari più efficienti e durevoli.

Quali le difficoltà da riportare?
Uno degli ostacoli principali è il costo iniziale delle apparecchiature e della produzione su larga scala. Il PVD richiede ambienti a vuoto controllato e tecnologie avanzate, il che può richiedere investimenti iniziali più alti rispetto ad altre tecniche di deposizione. Tuttavia, con l’evoluzione delle attrezzature e il miglioramento dell’efficienza produttiva, il costo di questa tecnologia sta gradualmente diminuendo. L’automazione e l’ottimizzazione dei processi di deposizione stanno rendendo il PVD sempre più competitivo rispetto a metodi più tradizionali. Un altro aspetto riguarda la scalabilità del processo. Sebbene il PVD sia altamente preciso e garantisca rivestimenti di alta qualità, la sua velocità di deposizione può risultare inferiore rispetto a quella di altre tecnologie. Proprio per questo si sta sperimentando l’integrazione di sistemi roll-to-roll che migliorano notevolmente la produttività della tecnologia. L’obiettivo è quello di aumentare sempre di più la resa produttiva e penso che siamo sulla buona strada per farlo.

Prima accennava delle opportunità di applicazione del PVD in nuovi ambiti dell’energia solare…
Uno degli aspetti più interessanti della perovskite è che, oltre ad aumentare le prestazioni delle celle solari, consente la realizzazione di lastre trasparenti. Questo apre scenari completamente nuovi per il fotovoltaico, rendendo i pannelli solari più efficienti e più versatili. Grazie alla trasparenza delle lastre ottenute con questa tecnica, il fotovoltaico potrebbe integrarsi in settori come l’agrivoltaico, dove si potrebbe generare energia senza compromettere la crescita delle colture sottostanti. L’utilizzo di celle fotovoltaiche trasparenti consentirebbe di regolare la quantità di luce filtrata, migliorando la resa agricola e ottimizzando l’uso del suolo. Ma anche l’edilizia sostenibile, con l’integrazione di pannelli solari trasparenti nelle facciate degli edifici, nelle serre o nelle finestre intelligenti potrebbe trarre grande beneficio da questa innovazione. Inoltre, i pannelli a Perovskite sono potenzialmente integrabili nei dispositivi portatili, dispositivi militari e nel settore aerospaziale, dato la loro natura flessibile, trasparente, a basso costo e dalle proprietà antiradiazione.

Quali sono i vostri prossimi obiettivi?
Abbiamo definito obiettivi ambiziosi per espandere l’uso della tecnologia PVD nel fotovoltaico, con particolare attenzione alla scalabilità dei progetti di ricerca sulla perovskite. L’obiettivo principale è trasferire le innovazioni sviluppate in laboratorio a impianti di produzione su larga scala, permettendo così la realizzazione di pannelli solari ad alta efficienza a costi competitivi. Il futuro dell’azienda per le tecnologie orientate al fotovoltaico è chiaro: continuare a migliorare le prestazioni dei pannelli fotovoltaici, ottimizzando i processi di deposizione PVD per renderli ancora più efficienti e sostenibili. Allo stesso tempo, ci impegneremo a supportare i nostri futuri partner nell’integrazione della tecnologia PVD nelle loro linee produttive, offrendo soluzioni innovative per un’industria fotovoltaica sempre più avanzata.

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