Grazie ad un’efficienza di conversione energetica pari al 25,6% (in crescita dello 0,9%), Panasonic è la prima società ad aver superato la barriera del 25%

La divisione Solar di Panasonic, dedicata allo sviluppo di pannelli fotovoltaici, ha annunciato di aver raggiunto un’efficienza di conversione del 25,6% per le sue celle solari HIT dalle dimensioni di 143,7 cm quadrati. Un progresso notevole rispetto al record mondiale prima raggiunto dalle celle solari a base di silicio cristallino. Rispetto al precedente record dei moduli fotovoltaici HIT prodotto su una cella da 101,8 cm2 – annunciato da Panasonic nel febbraio del 2013 – il rendimento della cella attuale è superiore dello 0,9% e rappresenta il primo superamento della barriera del 25% per celle di dimensioni pratiche.

Questo successo è imputabile ai più recenti progressi nella tecnologia di eterogiunzione della quale Panasonic detiene il brevetto, che consentono alle celle solari HIT dell’azienda di ottenere una maggiore efficienza di conversione e proprietà superiori ad alte temperature, ma anche dall’adozione di una struttura back contact che prevede l’installazione degli elettrodi sulla parte posteriore della cella, così da sfruttare la luce solare in modo più efficiente.

L’efficienza di questa conversione da record è garantita dallo sviluppo di sofisticate tecnologie che si basano su tre punti.

1)    Riduzione delle perdite di prestazioni dovute alla ricombinazione
Una caratteristica fondamentale della tecnologia HIT è la capacità di ridurre la perdita di ricombinazione*1 dei portatori di carica*2 (particelle elettriche generate dalla luce) tramite strati di laminature di silicio amorfo di alta qualità sulla superficie del substrato di silicio monocristallino, dove l’energia viene generata. Utilizzando la tecnologia per formare una pellicola in silicio amorfo sul substrato monocristallino e riducendo contemporaneamente al minimo i danni alla superficie di quest’ultimo, è stato possibile ottenere un notevole coefficiente di temperatura*3 di -0,25% per grado Celsius*4, in grado di mantenere un’alta efficienza di conversione anche con un’elevata tensione nel circuito aperto (Voc)*5 o a temperature considerevoli.

2)    Riduzione della perdita ottica
Allo scopo di aumentare la corrente in una cella solare, è necessario condurre la luce solare che raggiunge la superficie della cella verso il substrato in silicio monocristallino, vale a dire lo strato che genera la carica elettrica con perdite minori. Il posizionamento degli elettrodi sulla parte posteriore consente alla luce di raggiungere il substrato in modo più efficiente. Questa innovazione ha reso possibile un netto miglioramento nella densità della corrente di corto circuito (Jsc)*6, con un valore di 41,8 mA/cm2 rispetto al precedente dato di Panasonic, di 39,5 mA/cm2 (nel caso di una cella con efficienza di conversione del 24,7%).

3)    Minimizzazione della perdita di resistenza
Nelle celle solari, la corrente elettrica generata viene accumulata negli elettrodi della griglia superficiale ed emessa verso l’esterno. Precedentemente, gli elettrodi della griglia sul lato che riceveva la luce erano ottimizzati bilanciando il loro spessore (venivano resi più sottili per ridurre la quantità di luce bloccata) e la riduzione della perdita di resistenza elettrica. Tuttavia, collocando gli elettrodi sul lato posteriore, è diventato possibile ridurre la perdita resistiva quando la corrente viene trasferita agli elettrodi della griglia. Inoltre, è stato ottenuto un elevato fattore di riempimento (o FF, fill factor)*7 pari a 0,827 anche su celle di dimensioni pratiche, migliorando le prestazioni in termini di perdita di resistenza sullo strato di silicio amorfo.

In futuro, Panasonic continuerà a sviluppare la tecnologia delle sue celle solari HIT, con l’obiettivo di ottenere un’efficienza superiore, costi inferiori e un utilizzo più efficiente delle risorse, lavorando inoltre all’implementazione per la produzione massificata.

Note

*1  La perdita resistiva avviene laddove le cariche positiva e negativa generate nella cella solare si combinano e vengono quindi perse all’interno della cella, riducendo la corrente e la tensione che possono essere emesse e quindi diminuendo la potenza erogata dalla cella solare.

*2 Il portatore di carica è una particella elettrica che contiene un elettrone (negativo) e una lacuna (positiva). Mentre l’elettrone è dotato di carica negativa, la lacuna ha una carica positiva generata dalla scomparsa di un elettrone.

*3 Il coefficiente di temperatura è un valore che esprime il tasso dei cambiamenti dell’efficienza di conversione quando la temperatura aumenta di un grado.

*4 Valore misurato da Panasonic su una cella di tipo simile. Il coefficiente di temperatura precedente per celle HIT era di -0,29% per grado Celsius. Il coefficiente di temperatura di celle solari al silicio cristallino di tipo ordinario si aggira fra il -0,4% e il -0,5% per grado Celsius. Più basso è il valore (assoluto), minore è il calo di efficienza di conversione ad alte temperature.

*5 La tensione di circuito aperto (Voc) è il voltaggio massimo che la cella è in grado di generare.

*6  La corrente di corto circuito (Isc) è la corrente massima generata da una cella solare. La densità della corrente di corto circuito (Jsc) è il valore ottenuto dividendo l’Isc per il valore della superficie della cella.

*7  Il fattore di riempimento (FF) è un valore che si ottiene dividendo la potenza massima ottenibile della cella solare per il prodotto della tensione di circuito aperto e della corrente di circuito aperto. Più si avvicina a 1, migliori sono i risultati.

*8  La superficie della cella è l’area aperta dalle maschere