Il miglioramento dell'efficienza dei moduli e l'espansione della capacità produttiva svolgono ruoli complementari nella riduzione del costo dei moduli solari a strati di alogenuri metallici/silicio. I ricercatori del National Renewable Energy Laboratory (NREL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti hanno sottolineato che: ciascuna leva di costo può svolgere un ruolo simile, a seconda della capacità del produttore di espandere e migliorare le prestazioni del modulo.
La maggior parte dei moduli fotovoltaici (FV) prodotti oggi si basa su celle solari in silicio a giunzione singola. Abbinando il silicio a un altro materiale per celle solari (come un alogenuro metallico) per formare una pila di calcogenuri (MHP), i produttori possono creare moduli solari. Questo permette di convertire in elettricità una quantità di luce solare maggiore rispetto al solo silicio. Questa tecnologia di impilamento è ancora nelle sue fasi iniziali e si stanno valutando diverse opzioni per integrare gli MHP, con molte incognite in termini di costi e prestazioni. Per colmare questa lacuna, i ricercatori hanno sviluppato un modello di costo di produzione che utilizzerà dispositivi esistenti e processi di laboratorio della catena di approvvigionamento per confrontare diversi approcci possibili su larga scala.
I ricercatori hanno esaminato diversi approcci alla costruzione di moduli sovrapposti e hanno confrontato la sensibilità dei costi di produzione ai materiali utilizzati per la loro fabbricazione, al numero di strati del dispositivo, al costo di produzione dei dispositivi, all'ubicazione dello stabilimento e ad altri fattori. Hanno scoperto che i fattori che hanno avuto il maggiore impatto sui costi di produzione sono stati la produttività dello stabilimento e l'efficienza del modulo.
"Una delle domande a cui questo studio cerca di rispondere è: qual è il valore di questa efficienza?", ha affermato Jacob Cordell, autore principale dell'articolo "Analisi tecnico-economica dei moduli solari tandem perovskite/silicio", pubblicato sulla rivista Joule. "Un dato fondamentale è che il guadagno di efficienza assoluta del 2,5% nei moduli offre la stessa riduzione dei costi per unità di capacità che si otterrebbe raddoppiando le dimensioni dell'impianto."
Grazie al modello di analisi dettagliata dei costi (DCAM), ora disponibile al pubblico, i ricercatori sono stati in grado di testare una varietà di scenari, tra cui l'ubicazione degli impianti in diverse parti del mondo e diverse tipologie di incentivi alla produzione. Attraverso questo modello, aziende e ricercatori possono utilizzare tale base di riferimento per esaminare come diversi processi e materiali influenzino i costi. Il modello non prende in considerazione la produttività energetica o la durata di vita di questi moduli, che sono aree di ricerca attive.
Partendo da un modello di riferimento di un produttore di moduli con un'efficienza del 25% e una capacità produttiva annua di 3 gigawatt negli Stati Uniti, i ricercatori hanno confrontato l'efficienza e le rese di produzione per determinare come varia il costo dei moduli all'aumentare della quantità di energia generata. "Questo dimostra l'importanza della ricerca nel migliorare l'efficienza dei dispositivi e nel ridurre il costo per watt dei moduli", ha affermato Cordell.
L'articolo scientifico, a cura di Michael Woodhouse ed Emily Warren, sottolinea come l'efficienza dei moduli sia una variabile dinamica nella previsione del costo dei moduli impilati, poiché molte altre variabili sono cambiate e continueranno a cambiare per poter raggiungere i livelli di efficienza e durata richiesti per un impianto fotovoltaico commercialmente redditizio. I moduli impilati devono avere un'efficienza di almeno il 25% per essere competitivi in termini di prezzo e utilizzabili con altre tecnologie solari. Il prossimo passo nella commercializzazione dei moduli impilati calcogenuri/silicio è quello di migliorare l'affidabilità della tecnologia ed estendere l'area di applicazione dei dispositivi efficienti fino alle dimensioni complete del modulo, mantenendo al contempo le prestazioni.
