L’attività di ricerca è stata orientata al miglioramento dell’efficienza e della compattezza dei dispositivi e dei sistemi fotovoltaici a concentrazione.

L’attività è stata svolta seguendo due principali filoni di ricerca. Il primo era relativo alla riduzione delle dimensioni del concentratore solare a riflessione di tipo innovativo, sviluppato da RSE nel triennio precedente, e al miglioramento delle sue prestazioni. Il secondo riguardava lo sviluppo di una recente tecnica di deposizione per la realizzazione di rivestimenti antiriflettenti di tipo nanostrutturato. Tale tecnica può essere utilizzata per depositare opportuni materiali in forma nanostrutturata sia sulle celle fotovoltaiche che sui vetri usati per proteggere i moduli fotovoltaici.

Nel primo filone di ricerca è stato modellizzato e ottimizzato il sistema ottico di un nuovo concentratore solare a riflessione ad alte prestazioni: efficienza ottica 85%, accettanza angolare 0.7°, fattore di concentrazione 900 soli. Il nuovo concentratore ha dimensioni considerevolmente ridotte rispetto a quelle della versione precedentemente sviluppata, con un ingombro verticale più che dimezzato rispetto alla versione precedente.

Poiché la riduzione delle dimensioni del concentratore ha richiesto l’utilizzo di specchi con una curvatura maggiorata, è stato necessario caratterizzare le prestazioni ottiche di alcuni prototipi dello specchio primario usato nel concentratore solare, usando misure di riflettività a diverse lunghezze d’onda e in funzione dell’angolo d’incidenza della radiazione solare.
I test sono stati compiuti con diverse curvature degli specchi, a diversi angoli di incidenza della radiazione, e per diverse tipologie dei materiali riflettenti. I valori di riflettività ottenuti dalle misure sono stati inseriti nel modello ottico al fine di simulare le prestazioni del nuovo concentratore. Questa scelta, durante la fase di ottimizzazione del sistema ottico, ha permesso di considerare le reali condizioni operative degli specchi piani e curvi presenti nel concentratore e di migliorare quindi l’attendibilità dei risultati.

Il secondo filone della ricerca è stato orientato alla realizzazione di rivestimenti nanostrutturati aventi buone proprietà antiriflettenti sia per l’utilizzo su celle fotovoltaiche che su vetri. A tale scopo sono stati dapprima analizzati diversi materiali aventi adeguate caratteristiche in termini di trasmissione ottica, indice di rifrazione e proprietà chimico-fisiche che ne consentono l’impiego come potenziali rivestimenti antiriflettenti nanostrutturabili.

Per migliorare le proprietà antiriflettenti dei rivestimenti è stato necessario ampliare la morfologia delle nanostrutture realizzate. A tale scopo il processo di evaporazione obliqua precedentemente sviluppato da RSE è stato modificato progettando e realizzando un sistema meccanico che consente la rotobasculazione dei substrati durante la fase di evaporazione. In questo modo si possono realizzare deposizioni con nanostrutture a forma di elica aventi differenti porosità che consentono un’opportuna variazione dell’indice di rifrazione efficace, con conseguente riduzione della quantità di radiazione retroriflessa dalla superficie del dispositivo o dal componente ottico da rivestire.
Il sistema di rotobasculazione è stato installato e provato nell’evaporatore di ossidi metallici disponibile presso la sede RSE di Piacenza. Mediante tale apparecchiatura sono stati realizzati alcuni rivestimenti antiriflesso nanostrutturati su substrati di prova.

Il nuovo apparato di evaporazione con rotobasculazione del substrato è stato infine utilizzato per realizzare alcune evaporazioni di biossido di Titanio (TiO2) nanostrutturato su vetro ottenendo un significativo aumento della trasmissione alle diverse lunghezze d’onda rispetto al caso di deposizione non nanostrutturata.