I nuovi sistemi fotovoltaici a film sottile
Il film sottile solare è uno dei settori in più rapida crescita nel mercato dei pannelli solari. Questo probabilmente è dovuto al fatto che il costo di produzione di questi nuovi sistemi risulti essere assai più contenuto rispetto a quelli di silicio tradizionali. Questi nuovi sistemi infatti richiedendo meno materiale per produrre energia elettrica (il silicio). Il silicio è abbondante, ma nella sua forma pura è costoso. Il film sottili utilizzando al contrario strati molto sottili di silicio, riducono in tal modo i costi. Il principale svantaggio di queste nuove tecnologie è che i pannelli solari realizzati con film sottili sono in media meno efficienti di quelli che utilizzano celle solari tradizionali. Ciò significa che una area più ampia è necessaria per produrre la stessa quantità di energia solare. In conclusione, il film sottile fotovoltaico ha due principali vantaggi: prezzo contenuto di produzione e vasta gamma di applicazioni. In contrasto a questi fattori positivi risulta esserci ancora il limite dell'efficienza ad ostacolarne un rapido e deciso sviluppo; ma attualmente, si stanno sviluppando nuove e numerose tecniche che rapidamente potrebbero effettivamente far superare per diffusione e convenienza i pannelli di silicio tradizionali.
I film sottili ricoprono grande importanza a causa della forte richiesta di miniaturizzazione e integrazione dei dispositivi elettronici e vengono adottati sempre più in elettronica e opto-elettronica. Questi apparati risultano essere strutture bidimensionali con spessori che vanno dai pochi Ångstrom a pochi micrometri. Come risultato le proprietà di superficie influenzano significativamente le proprietà del materiale. Per questa ragione i film sottili hanno peculiarità differenti dai materiali policristallini o dai cristalli singoli. Sotto l'aspetto atomico i film sottili possono avere strutture di cristallo singolo, policristallo o prospettarsi come strutture amorfe. Le strutture amorfe sono particolarmente d'interesse come film protettivi mentre i film policristallini con un alto grado di orientazione sono utili come materiali magnetici e dielettrici. Film sottili aventi struttura di cristallo singolo vengono accresciuti su substrati a cristallo singolo come NaCl, MgO, LiF, mica etc. Quando questi film hanno una orientazione cristallografica collimante con quella del substrato si parla di crescita epitassiale.
Vi sono numerosi metodi per realizzare film sottili di diversi materiali e in particolare di ceramici. Questi si suddividono principalmente in tre macro classi: metodi in fase gassosa, liquida o solida. Ogni metodo fa ottenere risultati differenti sia a seconda delle condizioni di temperatura, pressione e materiale di partenza, ma anche e principalmente in funzione del metodo di organizzazione. Nella tecnologia del film sottile solare i singoli semiconduttori sono semplicemente evaporati e depositati in strati sopra un supporto di vetro o di metallo, ma anche su supporti flessibili come teli che possono essere opportunamente piegati secondo le esigenze applicative. Tra i vari sotto metodi di produzione, un particolare accenno e doveroso effettuarlo in riferimento alla tecnologia denominata con il termine di “sputtering” (rientrante nella macro classe dei metodi in fase gassosa). Lo sputtering risulta essere un sistema ecologico in cui un bombardamento di ioni estrae atomi da vari materiali depositandoli sul substrato scelto. Questo processo avviene sotto vuoto e richiede un tempo minore rispetto alla semplice evaporazione. Lo sputtering è la tecnologia più pulita di ogni altra tecnica di rivestimento e fornisce una differenziata combinazione di vantaggi basata prima di tutto su un metodo di deposizione economicamente efficiente che genera un sottile e uniforme rivestimento, ed in secondo luogo su un processo a bassa temperatura. Altri vantaggi evidenziano un forte legame tra il film semiconduttore ed il substrato perché entrambi sono saldati a livello molecolare, una versatilità operativa perché è un trasferimento a freddo, che può essere usato per depositare materiali su ogni tipo di substrato, come i metalli, la ceramica, il vetro e i materiali plastici, ed infine il processo ha la possibilità di automatizzare il controllo di deposizione. La deposizione per sputtering consente di avere film di ottima qualità, composti da ogni tipo di materiale e con particolari accorgimenti consente la creazione di ricoprimenti con proprietà differenti dal materiale di partenza in fase massiva.
Attualmente, nella produzione fotovoltaica, i principali materiali impiegati per la realizzazione dei nuovi moduli cosidetti a "film sottile" risultano essere :
Il Silicio amorfo, in cui gli atomi silicei vengono deposti chimicamente in forma amorfa, ovvero strutturalmente disorganizzata, sulla superficie di sostegno. Questa tecnologia impiega quantità molto esigue di silicio (spessori dell'ordine del micron). I moduli in silicio amorfo mostrano in genere una efficienza meno costante delle altre tecnologie rispetto ai valori nominali, pur avendo garanzie in linea con il mercato. Il dato più interessante riguarda l'EROEI, che fornisce valori molto alti (in alcuni casi arrivano anche a 9), il che attesta l'economicità di questa tecnologia.
Tellururo di cadmio (CdTe)
Solfuro di cadmio (CdS) microcristallino, che presenta costi di produzione molto bassi in quanto la tecnologia impiegata per la sua produzione non richiede il raggiungimento delle temperature elevatissime necessarie invece alla fusione e purificazione del silicio. Esso viene applicato ad un supporto metallico per spray-coating, cioè viene letteralmente spruzzato come una vernice. Tra gli svantaggi legati alla produzione di questo genere di celle fotovoltaiche vi è la tossicità del cadmio ed il basso rendimento del dispositivo.
Arseniuro di gallio (GaAs), una lega binaria con proprietà semiconduttive, in grado di assicurare rendimenti elevatissimi, dovuti alla proprietà di avere un gap diretto (a differenza del silicio). Viene impiegata soprattutto per applicazioni militari o scientifiche avanzate (come missioni automatizzate di esplorazione planetaria o fotorivelatori particolarmente sensibili). Tuttavia il costo proibitivo del materiale monocristallino a partire dal quale sono realizzate le celle, lo ha destinato ad un impiego di nicchia.
Diseleniuro di indio rame (CIS), con opacità variabile dal 100% al 70% ottenuta mediante fori ricavati direttamente nel film.
Diseleniuro di indio rame gallio (CIGS)
http://www.google.it/url?sa=t&rct=j&q=f ... Rw&cad=rja