Tra le tecnologie fotovoltaiche (FV) fino ad oggi sviluppate, il FV a concentrazione (FVC) mostra più alta efficienza di conversione, grazie all’integrazione di celle a multi-giunzione (MJ) basate sui materiali III-V in sistemi che utilizzano sia l’inseguimento che la concentrazione solare. L’impatto ambientale del FVC è contenuto grazie alla piccola area del dispositivo, in relazione al fattore di concentrazione, e può essere ulteriormente ridotto attraverso l’assottigliamento e il riciclo del substrato (di Ge o GaAs) su cui avviene la crescita della struttura della cella a MJ.

La rimozione e riutilizzo del substrato per più crescite epitassiali limita il consumo di materiale necessario alla fabbricazione del dispositivo e, inoltre, permette una riduzione dei costi. Nel caso di celle a MJ basate sui composti III-V cresciute su substrati di Ge, l’assottigliamento del substrato non penalizza l’efficienza FV, in quanto solo una parte del substrato contribuisce alla conversione fotovoltaica. Diminuire lo spessore del substrato permette anche di utilizzare tecniche per il riciclaggio fotonico che contribuiscono a mantenere o addirittura ad aumentare i valori di efficienza di conversione in celle ultrasottili. Si ottiene, infine, la possibilità di realizzare dispositivi che possono essere integrati in tutte quelle applicazioni FV in cui peso e/o flessibilità costituiscono un aspetto importante (automotive, droni, satelliti e Building Integrated PhotoVoltaic).

In relazione ai vantaggi esposti, RSE ha avviato uno studio per la realizzazione di celle a MJ monolitiche ultraleggere e sottili. In questo rapporto si riportano le sperimentazioni effettuate da RSE per assottigliare il substrato di Ge di celle solari monolitiche cresciute via MOCVD applicando un metodo chimico a basso costo. È stato parallelamente verificato l’effetto di assottigliamento sulle performance fotovoltaiche del dispositivo, ottenendo valori di corrente di corto circuito paragonabili tra una cella non assottigliata ed una cella in cui il substrato è stato ridotto a 40 µm.

Per evitare che l’assottigliamento del substrato provochi la ricombinazione dei portatori al contatto posteriore della cella, RSE ha valutato i possibili metodi e le tecnologie utili a passivare l’interfaccia semiconduttore/metallo, considerando soluzioni a basso costo. Sono state infine valutate le attività necessarie per lo sviluppo del processo LELO (Laser Epitaxial Lift-Off), tecnica individuata per la separazione di crescite epitassiali MOCVD da substrati di GaAs con lo scopo di un loro riciclo.