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rapporti - Deliverable

5.1.1.2-Analisi sperimentale della fattibilità di celle solari ad alta efficienza su substrati di silicio con l’obiettivo di ridurne i costi.

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5.1.1.2-Analisi sperimentale della fattibilità di celle solari ad alta efficienza su substrati di silicio con l’obiettivo di ridurne i costi.

Recently updated on Aprile 7th, 2021 at 12:39 pm

La soluzione che si vuole investigare in questa milestone è quella di realizzare celle solari per sistemi a concentrazione sostituendo il substrato (wafer) della cella, attualmente in germanio (Ge), con un substrato di silicio (Si) monocristallino a basso costo. Un wafer di Si costa infatti circa un ordine di grandezza meno di un wafer di Ge. Poiché il costo del substrato di Ge incide per circa il 20% sul costo della cella (1.25 Euro/cm 2 contro 6.6 Euro/cm 2 ), poter utilizzare un substrato di silicio permetterebbe di ridurre il costo della cella di circa il 18%. Questa soluzione presenta tuttavia notevoli difficoltà tecnologiche, derivante dalle differenti proprietà del silicio rispetto al GaAs. 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 sembra possibile depositare con successo semiconduttori composti aventi costante reticolare diversa. 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 iniziato la sperimentazione di questi substrati con lo scopo di valutare 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 nei primi 12 mesi di attuazione 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 delle prime celle solari a singola giunzione. I substrati virtuali fabbricati dal Politecnico di Como non sono idonei ad essere impiegati direttamente nel reattore MOCVD in quanto lo stato della superficie risulta ossidato, ovvero non è epi-ready. Si è quindi provveduto a processare la superficie per renderli utilizzabili per la successiva deposizione epitassiale. Sono stati utilizzati substrati di polarità N che hanno dato risultati migliori di quelli di polarità P, utilizzati nella prima fase del programma. Si è quindi proceduto a fabbricare celle solari di grandi dimensioni (8 cm 2 ) sia per valutare i problemi associati al mismatch reticolare (formazione di micro-crepe) che per misurare l’efficienza di conversione. I risultati preliminari sono incoraggianti anche raffrontati con attività analoghe svolte da altri in Europa (RWE-Umicore): sono state misurate efficienze dell’ordine del 17% con spettro AM1. Il prossimo passo sarà la fabbricazione di celle a concentrazione di piccole dimensioni per valutare l’efficienza di conversione in zone indenni dal fenomeno di formazione di micro-crepe.

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