La conversione dell’energia solare con sistemi a concentrazione, utilizzando celle solari ad elevata efficienza all’arseniuro di gallio, rappresenta un metodo importante per ridurre il costo dell’energia prodotta. Le analisi economiche condotte da CESI nella prima fase della ricerca di sistema e, più recentemente, da numerosi altri autori (1,2), mostrano che, malgrado le potenzialità di questa tecnologia, sarebbe auspicabile agire anche sulla riduzione del costo delle celle. Questo aspetto è stato sinora trascurato perché si riteneva che aumentando il fattore di concentrazione oltre i 500 soli si otteneva lo stesso effetto, riducendo il contributo del costo della cella al costo del sistema. In realtà questa strada, se pur ancora valida, costringe ad adottare sistemi d’inseguimento del sole più complessi e quindi più costosi. La soluzione investigata in questa milestone del programma GEN21 è stata la realizzazione di celle solari per sistemi a concentrazione in cui gli strati di GaAs sono stati depositati su substrati di silicio (Si) anziché sui normali substrati di germanio (Ge). Il Si monocristallino ha infatti un costo di circa il 20% di un normale substrato di Ge. Poiché il costo del substrato di Ge incide per circa il 20% sul costo della cella, poter utilizzare un substrato di silicio permetterebbe di ridurre il costo della cella. Questa soluzione presenta tuttavia notevoli difficoltà tecnologiche, derivante dalle differenti proprietà del silicio rispetto al GaAs (3, 4). La costante reticolare del Si è molto diversa da quella del GaAs e per far fronte a questo problema la soluzione è stata di depositare sul Si un sottile strato di Ge per annullare la differenza di costanti reticolari. L’impiego di substrati di silicio non permetterà comunque di realizzare celle solari con la stessa efficienza di conversione di quelle su Ge, tuttavia si ritiene che sacrificare alcuni punti di efficienza di conversione possa essere favorevole a livello di sistema se si riesce ad ottenere una riduzione del costo delle celle. Verso la fine degli anni 90, alcuni laboratori (ad es. IBM di Zurigo)) hanno messo a punto una nuova tipologia di substrato di silicio su cui è possibile depositare con successo semiconduttori composti, come il GaAs, aventi costante reticolare diversa (5,6,7). Questi nuovi substrati, detti “virtuali”, sono costituiti da un supporto di Si su cui è depositata una lega Si:Ge la cui composizione varia progressivamente sino ad arrivare al 100% di Ge alla superficie, permettendo quindi più agevolmente la deposizione del GaAs. Il Politecnico di Milano, Polo Regionale di Como, ha sviluppato il processo di fabbricazione dei substrati virtuali, con il supporto del prof. H. von Kanel che è uno degli scopritori di questa tecnologia innovativa. CESI ha sperimentato questa tecnologia per la fattibilità di celle solari per sistemi a concentrazione in grado di convertire la radiazione solare con alta efficienza ad un costo inferiore di quelle ottenute con tecniche classiche. L’attività svolta nel corso della ricerca è consistita nella messa a punto delle condizioni di crescita di strati di GaAs su substrati “virtuali” di Si/Si:Ge/Ge e nella fabbricazione di celle solari a singola e doppia

giunzione che sono state caratterizzate sino a 1000 volte la costante solare. I risultati ottenuti sono i migliori riportati a livello mondiale nel settore delle celle a concentrazione, come dimostrato dai lavori pubblicati da CESI nei convegni più importanti del settore fotovoltaico (8, 9, 10).