Progetto PED4PV
Il Consorzio di Ricerca Hypatia, protagonista della stagione del fotovoltaico in Italia, ha assistito alla scomparsa dell’industria del settore nel nostro Paese a causa della competitività delle aziende asiatiche. Tuttavia, le tecnologie sviluppate dal Consorzio Hypatia si sono dimostrate maggiormente ecosostenibili e utilizzabili in applicazioni a maggior valore aggiunto rispetto alle tecnologie tradizionali.
Il risultato di questa esperienza è un modulo fotovoltaico a base CIGS (Rame, Indio, Gallio e Selenio) che, per le proprie caratteristiche fisiche e meccaniche (come il ridotto peso e la capacità di deformarsi), risulta adatto ad applicazioni innovative terrestri e spaziali. Tale modulo presenta numerosi vantaggi per le applicazioni “non terrestri” tra i quali: un valore di banda proibita diretta che si accoppia bene con lo spettro di radiazione AM0, un trascurabile degrado quando il modulo è sottoposto a radiazioni sia ionizzanti che non ionizzanti e infine una relativa semplicità di processo rispetto alle celle a tripla giunzione basate sui semiconduttori GaInP/InGaAs/Ge.
Il prototipo
Il prototipo di deposizione a bassa temperatura con sorgente ad elettroni pulsati (LTPED) è un sistema innovativo progettato per studiare la possibilità di applicazione industriale di un processo di deposizione LTPED fino a quel momento applicato solo in ambito di ricerca. Il sistema di deposizione preso in esame permette di depositare strati sottili (dell’ordine di qualche micron di spessore) di qualsiasi materiale per applicazioni che spaziano dal biomedico, lenti ottiche, pannelli fotovoltaici, ecc.
Proprio l’ambito fotovoltaico è risultato estremamente fertile per l’applicazione della tecnica LTPED in quanto si è voluto studiare l’applicazione della stessa nella produzione di celle fotovoltaiche di nuova generazione. L’aspetto innovativo di queste ultime consiste nell’utilizzare come materiale attivo al processo di conversione fotoelettrico il semiconduttore CIGS, un materiale composto da Rame, Indio, Gallio e Selenio che per sua natura è molto difficile da depositare con qualità e riproducibilità su una determinata superficie con altre tecniche.
Le sfide da risolvere
L’obiettivo del progetto è quindi stato quello di risolvere i problemi principali riguardante il trasferimento della tecnologia LTPED dal laboratorio ad una possibile linea produttiva:
✔️ Aumento dimensionale del prodotto e conseguentemente dell’impianto
✔️ Miglioramento dei tempi di produzione
✔️ Riduzione dei costi di produzione
La linea prototipale proposta è composta da 2 camere da vuoto (10-3 mbar) di differente volume. La prima, in cui vengono immessi i substrati nel sistema, ha un ruolo di interfaccia tra l’esterno e la seconda camera in cui il processo effettivamente si compie. Tra le due camere è presente una valvola gate che ne permette l’isolamento reciproco necessario al controllo delle impurezze presenti nell’ambiente di processo. Nella seconda camera avviene la deposizione, utilizzando contemporaneamente 4 sorgenti elettroniche puntate su altrettanti target di CIGS. Il substrato, infine, è movimentato all’interno della linea da un sistema meccanico automatizzato controllabile dall’esterno.