Interdigitated Back Contact: la cella in silicio ad alta efficienza

Arriva dalla collaborazione tra la Trina Solar (l'azienda cinese leader nella produzione e distribuzione di moduli fotovoltaici in silicio mono e poli-cristallino), l'Australian National University (ANU) e il Solar Energy Research Institute (SERIS) di Singapore, la notizia della realizzazione della cella in silicio più efficiente al mondo: la IBC o Interdigitated Back Contact, in grado di convertire il 24, 4 % della luce solare in energia elettrica, una percentuale notevole se si pensa che in genere le celle solari hanno un'efficienza non superiore al 20 %. Ciò significa che, normalmente, solo il 20% della luce che va a colpire una cella solare è poi effettivamente trasformata in corrente elettrica.

(La IBC è la nuova cella in silicio con un'efficienza del 24, 4 %)

Per ora, si tratta di un prototipo, ma la versione commerciale della cella (di 125mm per 125mm) e del modulo, costituito da 72 celle (entrambi in fase di sviluppo da parte di Trina Solar), hanno già raggiunto rispettivamente un'efficienza superiore al 22 % e i 238 W di potenza (secondo quanto certificato, in maniera indipendente dai test condotti  dal Centro Nazionale Cinese di Vigilanza e Controllo sulla Qualità dei Prodotti del Solare Fotovoltaico). Ben presto, il prototipo sarà pronto per la produzione industrializzata in grandi quantità.

Cosa implica tutto questo per il mondo del fotovoltaico? L'avvento, sul mercato, di pannelli e celle solari più efficienti (giacché convertono in elettricità quasi un quarto della luce solare) e, dunque, in grado di ottenere maggiore potenza. Ma cerchiamo di capire come si sia giunti a un simile risultato.

La maggior parte delle celle solari al silicio oggi presenti sul mercato hanno un base a conduzione positiva e un emittente o vettore di carica, sottile e negativo. Per quanto siano efficienti, è, però, un dato di fatto che le celle solari a base negativa ed emittente positivo tollerano meglio le impurità e non sono soggette alla degradazione indotta dalla luce. Inoltre, la maggior parte delle celle solari presentano, nella parte posteriore, una serie di contatti che ne limitano l'efficienza. Mettendo insieme queste osservazioni, si è deciso di produrre una nuova cella a base negativa ma con contatti "passivati" o TOPCON (Tunnel Oxide Passivated Contact, costituiti da un tunnel ultrasottile di ossido e da uno strato sottile di silicio), con una bassa resistenza ai portatori di carica. Il contatto è, così, esteso all'intera superficie posteriore e le perdite di resistenza sono ridotte al minimo.

La superficie posteriore della cella sarà, dunque, dotata di contatti metallici sia positivi sia negativi, mentre quella esposta al sole, uniformemente nera, sarà priva di elettrodi metallici, permettendo così la fruizione di un maggior quantitativo di energia per unità di superficie. Infine, una simile struttura permetterà di avere moduli più eleganti e con un'estetica facilmente apprezzabile.

(Lo schema di composizione e funzionamento di una cella al silicio tradizionale)

Quel che è interessante è che, oltre a essere sviluppata dal team cino-australiano, la nuova cella IBC è stata testata in maniera indipendente dal Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE, il più grande istituto di ricerca europeo sull'energia solare, dove, alla fine del 2013, si era arrivati alla realizzazione di una nuova cella solare a quattro giunzioni, in grado di convertire il 44, 7 % dell'energia dello spettro solare in energia elettrica.

 La nuova IBC in silicio con tecnologia back-contact promette, dunque, di rivoluzionare il mercato del fotovoltaico.