Tipologie, metodi di produzione e caratteristiche
Le celle a film sottile sono composte da materiale semiconduttore depositato, generalmente come miscela di gas, su supporti come vetro, polimeri, alluminio che danno consistenza fisica alla miscela.
Lo strato del film semiconduttore è di pochi micron,rispetto alla celle a silicio cristallino che hanno uno spessore di centinaia di micron.
Pertanto il risparmio di materiale è notevole e la possibilità di avere un supporto flessibile amplifica il campo di applicazione delle celle a film sottile
I materiali principalmente utilizzati sono:
• silicio amorfo (aSi)
• leghe a base di diseleniuro di indio e rame (CIS, CIGS, CIGSS)
• arseniuro di gallio (GaAs)
Il silicio amorfo depositato in film su un supporto (es. alluminio) rappresenta l’opportunità di avere il fotovoltaico a costi ridotti rispetto al silicio cristallino, ma le celle hanno rese che tendono decisamente a peggiorare nel tempo. Il silicio amorfo può anche essere “spruzzato” su un sottile foglio in materiale plastico o flessibile.
È utilizzato soprattutto quando serve ridurre al massimo il peso del modulo ed adattarsi alle superfici curve.
L’efficienza è piuttosto bassa (7,8%, mentre 10,1% per i moduli ad alte prestazioni) a causa delle molteplici resistenze che gli elettroni devono superare nel loro flusso, ma anche il costo unitario è inferiore ai moduli in silicio cristallino. Anche in tal caso le celle tendono a peggiorare le proprie prestazioni nel tempo. Un’interessante applicazione di tale tecnologia è quella tandem (celle in silicio micromorfo), che combina uno strato di silicio amorfo con uno o più strati di silicio cristallino in multigiunzione; grazie alla separazione dello spettro solare, ogni giunzione posizionata in sequenza lavora in maniera ottimale e garantisce livelli superiori in termini sia di efficienza che di garanzia di durata. Le efficienze raggiunte sono interessanti: circa 11.6% in laboratorio e 9% per applicazioni commerciali.
I moduli CIS/CIGS/CIGSS sono di tecnologia ancora in fase di studio e sviluppo, in sostituzione del silicio,vengono impiegate speciali leghe quali:
• rame, indio e selenite (CIS);
• rame, indio, gallio e selenite (CIGS);
• rame, indio, gallio, selenite e zolfo (CIGSS).
L’efficienza è del 13.1% (15% per i moduli ad alte prestazioni) e le prestazioni rimangono stabili nel tempo; come per il silicio cristallino si prevede una riduzione del costo unitario che per ora si situa tra il silicio policristallino ed il silicio amorfo.
La tecnologia GaAs è attualmente la più interessante dal punto di vista dell’efficienza ottenuta, superiore al 25,3%, ma la produzione di tali celle è limitata dagli elevati costi e dalla scarsità del materiale, utilizzato in prevalenza nell’industria dei “semiconduttori ad alta velocità di commutazione” e dell’optoelettronica. Infatti la tecnologia GaAs viene utilizzata principalmente per applicazioni spaziali, dove sono importanti pesi e dimensioni ridotte.
La quota di mercato delle tecnologie a film sottile è molto contenuta, ma tali tecnologie vengono considerate come la soluzione con le maggiori potenzialità nel mediolungo termine, anche per una significativa riduzione dei prezzi.
Depositando il film sottile direttamente su larga scala, fino a oltre 5 mq si evitano gli sfridi di lavorazione tipici dell’operazione di taglio dei wafers di silicio cristallino dal lingotto di partenza.
Secondo alcuni studi di settore entro il 2020, la quota di mercato di film sottile potrebbe raggiungere il 30/40 %.
