Pannelli fotovoltaici di terza generazione

I pannelli fotovoltaici di terza generazione sono basati su tecnologie innovative che ad oggi non hanno superato ancora lo stadio sperimentale per poter passare alla produzione industriale su larga scala anche se in laboratorio hanno già ripetutamente confermato le intuizioni teoriche che sono alla base del loro funzionamento. Riassumiamo brevemente i legami che accomunano le tre categorie in cui la tecnologia fotovoltaica viene suddivisa. Appartengono alla prima generazione dei pannelli fotovoltaici in silicio  amorfo o mono - policristallino  tagliato in maniera artigianale o semi automatizzata in fette chiamate "wafer". Con tale tecnologia (ad oggi la più sperimentata) a fronte di un rendimento di conversione del 12/14% si hanno costi di 4/6 $/Wp (dollari per Watt di picco). Con tali cifre si comprende come il costo a kWh delle energia prodotta non possa essere competitivo rispetto a quella ottenuta con metodi tradizionali. I pannelli fotovoltaici di seconda generazione che allo stato attuale sono in fase di sviluppo sono ottenuti con tecniche di deposizione a film sottile del semiconduttore su di un supporto che può essere vetro, plastica, metallo, etc.. I semiconduttori usati non sono più il costosissimo silicio cristallino (che ha la concorrenza dell'industria dei computer e telefoni ed è monopolio di poche aziende) ma il silicio idrogenato amorfo, il telloruro di cadmio, il solfuro di cadmio, il di seleniuro di indio e rame. Inoltre in virtù della particolare  tecnica realizzativa si utilizza una quantità minima di semiconduttore (pochi micron)ed ancora la sua stesura può essere fatta con processi industriali completamente automatizzati. Per i detti motivi con tali apparati    si conta di ottenere costi per Wp dell'ordine di 0,5/1 $. Un problema che potrebbe frenare detta tecnologia dai ragionevoli  costi di gestione è, però, l'elevata tossicità dei materiali utilizzati. Tossicità che impone seri problemi di smaltimento alla fine del loro ciclo operativo. I pannelli fotovoltaici di terza generazione pur essendo concettualmente abbastanza diversi hanno alla base la semplice considerazione teorica che una cella solare formata da un solo semiconduttore sfrutta soltanto una ridottissima porzione dello spettro della radiazione solare. Il silicio ad esempio assorbe solo parzialmente la radiazione blu, completamente quella verde e gialla, parzialmente quella rossa e lascia passare inalterata quella infrarossa. Tutto questo ovviamente pone seri limiti alla efficienza di conversione della cella. Una prima possibilità potrebbe quindi essere quella di dotare i pannelli di un sistema a concentrazione solare che scinde la radiazione nei tre colori fondamentali R G B e li invia a tre diversi semiconduttori (esempio germanio per la radiazione R, silicio per la radiazione G e arseniuro di gallio per la B). Un tale dispositivo che avrebbe sicuramente un'elevata efficienza avrebbe però elevati costi realizzativi. Una ulteriore soluzione, semplice dal punto di vista teorico ma non tecnologicamente, è la realizzazione di una cella multi giunzione ossia una unica cella realizzata con giunzioni multiple sovrapposte integrate nello stesso reticolo cristallino in maniera che ciascuna giunzione risponda ad una determinata porzione dello spettro della radiazione incidente. Si comprende che se si dispone di un sufficiente numero di giunzioni è possibile sfruttare l'intero spettro di frequenze e realizzare una efficienza di conversione prossima al 90%. In realtà per difficoltà realizzative ci si ferma a tre giunzioni con efficienze del 30/40 % ( fosfuro di gallio ed indio, arseniuro di gallio, germanio). Le ultime tendenze nel campo sono rivolte, più che al tentativo di realizzare celle solari con più di tre giunzioni, alle celle utilizzanti i "nanocristalli"o "cristalli quantistici" che sono suscettibili di una tecnologia realizzativa più semplice. I nanocristalli sono cristalli di semi conduttori composti da un ridottissimo numero di atomi (dai 50 ai 100). Variando il numero degli atomi si riesce a modulare il valore della loro banda proibita e pertanto la frequenza della radiazione assorbita. In tal modo si riesce a realizzare con lo stesso materiale una serie di strati multipli ognuno sensibile ad una determinata gamma di radiazione capace di sfruttare l'intero spettro solare. Approfondimenti su: Pannelli fotovoltaici di terza generazione in pannelli fotovoltaici innovativi o in energia Solare.

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