Il presente rapporto descrive le attività di ricerca svolte da RSE, nell’ambito del progetto “Solare fotovoltaico a concentrazione (CPV)” della Ricerca di Sistema elettrico (RdS), con lo scopo di contribuire alla riduzione dei costi della tecnologia CPV per renderla più competitiva con le altre fonti energetiche. Infatti, sebbene i sistemi CPV presentino dei vantaggi, quali l’utilizzo di celle con area molto contenuta (e quindi riduzione del consumo del materiale semiconduttore) e la possibilità di raggiungere elevati valori del rendimento di conversione (e quindi riduzione della superficie complessiva necessaria per l’installazione del sistema di generazione), il mercato internazionale della tecnologia CPV è ancora limitato dal costo di produzione dei componenti che, seppure sia diminuito negli ultimi anni, non riesce ad essere ancora competitivo con i costi del fotovoltaico senza concentrazione solare.

La ricerca condotta da RSE nel corso del 2018, anche in collaborazione con Istituti di ricerca e Operatori nazionali e internazionali, ha consentito di proseguire lo sviluppo e la realizzazione di soluzioni tecnologiche innovative in tutte le fasi della filiera tecnologica del CPV. In particolare, si è proceduto: 1) all’utilizzo di nuovi materiali e processi per la realizzazione di celle CPV monolitiche a 4 giunzioni a basso costo (ottenibili integrando il ternario SiGeSn con i composti III-V) dotate di rivestimenti antiriflettenti nano-strutturati, nonché allo sviluppo di sistemi diagnostici e di caratterizzazione adeguati alle nuove tipologie di celle; 2) allo studio di sistemi ottici innovativi, in grado di operare l’inseguimento solare senza la necessità di utilizzare parti meccaniche in movimento, adatti quindi anche per soluzioni building-integrated; 3) all’ottimizzazione di moduli compatti, mediante l’adozione di rivestimenti innovativi anti-sporcamento e di dispositivi di puntamento solare integrati, il miglioramento dell’allineamento tra specchi e celle CPV, l’utilizzo di nuove soluzioni circuitali all’interno dei moduli e lo sviluppo di tecniche di caratterizzazione outdoor di moduli CPV (realizzati da RSE nell’ambito di questo progetto e del progetto correlato EU CPVMatch); infine, 4) all’accrescimento della consistenza del database di radiazione solare diretta e spettrale, a cui sono sensibili i sistemi di generazione CPV, ottenuto con dati provenienti da siti nazionali e da rilevamenti satellitari integrati con modelli matematici dell’atmosfera.

Le attività condotte in questo progetto hanno consentito di sviluppare sperimentalmente tecniche innovative a costo contenuto, per la crescita monolitica di celle CPV a 4 giunzioni superando la sfida di utilizzare nella stessa camera di crescita (MOCVD) i composti del gruppo IV (SiGeSn) insieme a composti III-V (GaAs, InGaP).

Il contributo che questa attività di ricerca apporta alla riduzione dei costi della tecnologia CPV non è ancora precisamente quantizzabile, se non in termini di una riduzione dei costi di investimento. L’approccio proposto da RSE dovrebbe, infatti, consentire di realizzare i dispositivi a MJ innovativi con una sola camera di crescita MOCVD anziché due. D’altra parte la metodologia sviluppata sin qui è stata applicata solo in laboratorio, mentre, per determinare la riduzione dei costi che si potrà ottenere a livello di prodotto, occorrerà aspettare la sua applicazione in una linea di produzione industriale, seppur in piccola scala. E’ opportuno sottolineare, che il carattere innovativo della metodologia sviluppata da RSE, è stato riconosciuto da parte dell’agenzia Europea Innovation Radar, assegnando ad RSE l’appellativo di “Key innovator” per “l’innovazione tecnologica raggiunta nel processo realizzativo di celle multigiunzione all’interno del progetto CPVMatch”, sinergico a questo Progetto RdS.