Le celle fotovoltaiche (FV) sono generalmente realizzate con materiali semiconduttori come il silicio e presentano sia un elettrodo positivo che uno negativo. Quando esposte alla luce solare, si verifica l'effetto fotovoltaico, che converte istantaneamente l'energia luminosa in energia elettrica sotto forma di corrente continua (CC). Questa elettricità può essere immagazzinata in batterie o convertita in corrente alternata (CA) tramite un inverter per soddisfare diverse esigenze energetiche. Le celle fotovoltaiche sono spesso collegate in serie o in parallelo per formare moduli, che vengono poi assemblati in array per ottenere una maggiore produzione di energia.
1. Celle con superficie posteriore in alluminio (BSF)
Struttura e principio
Le celle BSF sono un tipo comune di cella solare che utilizza un rivestimento di alluminio come elettrodo posteriore. Questo crea un campo elettrico posteriore che aiuta a convogliare gli elettroni verso l'elettrodo posteriore, migliorando l'efficienza di conversione energetica. Il processo di produzione prevede il drogaggio della superficie del silicio con fosforo per creare una regione di tipo N, l'applicazione di una pellicola o di un rivestimento per formare una regione di tipo P sulla parte anteriore e la formazione di una giunzione pn. Infine, vengono aggiunte delle griglie metalliche per raccogliere la corrente.
Storia dello sviluppo
Proposte per la prima volta nel 1973, le celle BSF sono state le prime celle a silicio cristallino commercializzate. Nel 2016, rappresentavano oltre il 90% della quota di mercato.
Dettagli
Le celle BSF si distinguono per la loro semplicità, economicità e tecnologia consolidata.
2. Cellule PERC
Origine del nome
PERC è l'acronimo di Passivated Emitter and Rear Cell (emettitore passivato e cella posteriore).
Processo e prestazioni
Partendo dalle tradizionali celle BSF, la tecnologia PERC aggiunge due passaggi chiave: la passivazione della superficie posteriore e l'apertura laser, aumentando significativamente l'efficienza. Il processo di produzione comprende la pulizia e la texturizzazione del wafer, la diffusione per creare giunzioni pn, il drogaggio laser per emettitori selettivi, la passivazione posteriore, la foratura laser, la serigrafia, la sinterizzazione e il collaudo.
Dettagli
Le celle PERC sono caratterizzate da una struttura semplice, un processo di produzione breve e un elevato grado di maturità tecnologica.
3. Cellule a eterogiunzione (HJT)
Struttura
Le celle HJT sono celle solari ibride che combinano substrati di silicio cristallino e film di silicio amorfo. Incorporano strati di silicio amorfo intrinseco all'interfaccia dell'eterogiunzione per passivare le superfici anteriore e posteriore. La struttura simmetrica comprende un substrato di silicio cristallino di tipo N, uno strato di silicio amorfo di tipo Pi sul lato esposto alla luce, uno strato di silicio amorfo di tipo iN sul retro ed elettrodi e busbar trasparenti su entrambi i lati. Si tratta di celle bifacciali.
Dettagli
Le celle HJT vantano un'elevata efficienza, una bassa degradazione, un basso coefficiente di temperatura, un'elevata bifaccialità, processi semplificati e l'idoneità per wafer più sottili.
4. Cellule TOPCon
Principio tecnico
Le celle TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) si basano sul principio dei portatori selettivi. Sono caratterizzate da uno strato ultrasottile di ossido di silicio e da uno strato di silicio drogato sul retro, che formano una struttura di contatto passivata. Ciò riduce la ricombinazione superficiale e dei contatti metallici, creando un potenziale significativo per il miglioramento dell'efficienza nelle celle N-PERT.
Caratteristiche del processo
Le celle TOPCon utilizzano substrati di silicio di tipo N e richiedono modifiche minime alle linee di produzione di tipo P esistenti, come l'aggiunta di apparecchiature per la diffusione del boro e la deposizione di film sottili. Eliminano la necessità di aperture posteriori e di allineamento, semplificando la produzione e migliorando la compatibilità con i processi delle celle PERC e N-PERT.
Dettagli
Le celle TOPCon presentano un basso tasso di degradazione, un'elevata bifaccialità e un basso coefficiente di temperatura, garantendo prestazioni eccellenti negli impianti solari.
5. Cellule IBC
Struttura e principio
Le celle a contatto posteriore interdigitato (IBC) spostano tutte le linee della griglia degli elettrodi sul lato anteriore verso il retro, disponendo le giunzioni pn e i contatti metallici secondo uno schema interdigitato. Ciò riduce l'ombreggiamento e aumenta l'assorbimento della luce. Non avendo contatti metallici sul lato anteriore, le celle IBC offrono una maggiore area attiva per la conversione dei fotoni.
Integrazione tecnologica
Le celle IBC possono integrarsi con altre tecnologie come PERC, TOPCon, HJT e perovskite, formando celle ibride avanzate come "TBC" (TOPCon-IBC) e "HBC" (HJT-IBC).
Potenziale di applicazione
Grazie al loro design esteticamente gradevole, le celle IBC sono particolarmente adatte per i sistemi fotovoltaici integrati negli edifici (BIPV) e presentano ottime prospettive commerciali.
Conclusione
Ogni tipologia di cella fotovoltaica offre vantaggi unici e svolge un ruolo fondamentale nel progresso delle tecnologie per l'energia solare. Grazie alla continua innovazione, queste tecnologie stanno guidando la crescita e la trasformazione del settore fotovoltaico.
