L’Istituto Fraunhofer per i Sistemi ad Energia Solare (Fraunhofer ISE) segna un nuovo record nel settore del fotovoltaico, portando al 24% l’efficienza delle celle solari al silicio di tipo N. Solo poche settimane fa, il Fraunhofer ISE, insieme a Soitec, CEA- Leti e all’Helmholtz Center di Berlino aveva stabilito un nuovo record mondiale assoluto per l’efficienza di conversione delle celle fotovoltaiche, grazie allo sviluppo di una cella solare a quattro giunzioni utilizzata nei concentratori fotovoltaici e capace di raggiungere un’efficienza del 44,7%. Il nuovo record stabilito in questi giorni dal Fraunhofer ISE riguarda invece le celle solari di tipo N, ed è stato ottenuto grazie a uno speciale “contatto passivato” che copre l’intera superficie posteriore della cella.
Le celle solari al silicio comprendono due aree, con spessori diversi, per conduzioni differenti: N indica negativo, P positivo. Lo strato più spesso, il materiale di supporto, viene considerato la base e determina il tipo di cella. Le celle solari tradizionali presentano una base di tipo P e uno strato conduttivo N sottile, detto emittente o vettore di carica. Nelle celle solari di tipo N, l’emittente è “dopato P”, tramite la diffusione di boro o l’aggiunta di alluminio.
La maggior parte delle celle solari al silicio attualmente disponibili sul mercato è di tipo P e sono caratterizzate da un’elevata efficienza, ma il nuovo silicio di tipo N mostra proprietà migliori per quanto riguarda la tolleranza verso quasi tutte le impurità. Inoltre, il silicio di tipo P è più vulnerabile alla degradazione indotta dalla luce, cosa che non si verifica con il silicio di tipo N.
Per qualche tempo, sono stati condotti esperimenti sul silicio di tipo N come materiale di base, ma la tecnologia di produzione era risultata molto complessa. Ad esempio, il problema principale nell’utilizzo delle celle solari di tipo N, in cui l’emittente si trova sul lato esposto al sole, era la passivazione dell’emittente stesso, trattato normalmente con aggiunta di boro.
Finora, le caratteristiche del lato posteriore della maggior parte delle celle solari rappresentavano un limite per l’efficienza dei dispositivi, a causa della presenza di contatti proprio sulla superficie inferiore. Utilizzando un contatto “passivato”, gli scienziati del Fraunhofer ISE sembrano avere superato questo limite tecnologico. Secondo Stefan Glunz, direttore della divisione “Sviluppo e caratterizzazione delle celle solari” al Fraunhofer ISE, il contatto posteriore sviluppato per le nuove celle solari di tipo N è molto semplice, senza alcun patterning, e consente di raggiungere un rendimento del 24%.
Il nuovo contatto posteriore, denominato Topcon (Tunnel Oxide Passivated Contact), è costituito da un tunnel ultrasottile di ossido e uno strato sottile di silicio. La passivazione superficiale è di ottima qualità e il contatto posteriore offre una bassa resistenza per il trasporto dei portatori di carica. Questa nuova tecnologia, spiegano i suoi ideatori, permette di estendere il contatto all’intera superficie posteriore della cella solare, riducendo al minimo le perdite di resistenza.
Il Fraunhofer ISE attualmente sta continuando a sviluppare la tecnologia di processo per le celle solari di tipo N. Nel prossimo futuro è prevedibile che le celle solari al silicio prodotte industrialmente raggiungeranno tassi di efficienza superiori al 20%.
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