Le microcricche nelle celle solari sono una sfida frequente per i produttori di moduli solari fotovoltaici. Ricercatori finanziati dall'UE hanno introdotto un'innovativa tecnica di precompressione per ritardare la crescita delle crepe e realizzare celle solari durevoli.

Le normali celle solari al silicio sono fatte di wafer molto sottili, di solito intorno ai 200 micron di spessore. Sebbene abbiano una certa capacità di flettersi, possono soffrire di cricche, spesso indotte da forze meccaniche o sollecitazioni termiche. Queste micro crepe sono così piccole che sono impossibili da vedere ad occhio nudo, rendendo difficile il rilevamento. "In particolare le microcricche possono essere causate da una cattiva gestione delle celle solari durante la loro produzione, a causa di danni causati dal trasporto o dall'installazione dei moduli o dall'esposizione a vari fattori di impatto climatico, " nota il Prof. Marco Paggi che è stato responsabile del progetto PHYSIC, finanziato dall'UE.

Basandosi sulla ricerca pionieristica condotta da un altro progetto concesso dal Consiglio europeo della ricerca, i ricercatori che lavorano su PHYSIC hanno concluso che tutte le cause di rottura nelle celle solari al silicio sono principalmente legate alla fragilità del materiale. Perciò, la tendenza industriale a ridurre lo spessore delle celle solari per risparmiare materiale può aumentare l'effetto della fessurazione ed essere dannoso per la durata del modulo fotovoltaico.

Un piccolo stress aumenta la conduttività

Per trovare un possibile rimedio alla crescita delle crepe, i ricercatori hanno adottato una prospettiva meccanica sul problema. Al centro del loro approccio c'era che le celle solari non sono componenti indipendenti, ma sono invece inglobati in una struttura laminata composta da vari strati di materiali diversi tra cui vetro e polimeri.

Il team si è concentrato sulle sollecitazioni residue presenti durante il processo di laminazione causate dalle diverse proprietà termoelastiche dei vari materiali. "Un'attenta analisi ha portato alla scoperta che esercitare una debole sollecitazione di compressione residua sulle celle solari dopo la produzione del modulo può aumentare la conduttività elettrica attorno a qualsiasi fessura. A causa di queste sollecitazioni residue desiderabili, le crepe tendono a chiudersi, lasciando che la corrente elettrica li attraversi liberamente, " spiega il prof. Paggi.

Applicando un'innovativa tecnica di precompressione sul materiale del backsheet - l'ultimo strato polimerico che forma la struttura laminata che si trova di fronte al vetro - i ricercatori sono riusciti ad aumentare la quantità di sollecitazioni di compressione nel silicio e ottenere una chiusura della fessura per la maggior parte delle crepe . I dati sull'elettroluminescenza delle celle solari incrinate prima e dopo il trattamento hanno fornito una chiara evidenza che le parti scure delle celle solari diventano di nuovo elettricamente conduttive dopo la tecnica di precompressione appena proposta.

La resistenza alle crepe è importante

PHYSIC ha presentato una nuova generazione di moduli fotovoltaici che mostra una resistenza superiore contro le fessurazioni. L'approccio del progetto si è imperniato sui principi fondamentali della meccanica dei compositi che finora non sono stati affrontati dai produttori di impianti fotovoltaici. "Trascurare i problemi di degrado dei materiali può rivelarsi molto dannoso per il funzionamento dei moduli fotovoltaici, portando a perdite di energia elettrica molto più elevate di quanto viene risparmiato concentrandosi sull'aumento dell'efficienza di conversione dell'energia solare, " aggiunge il prof. Paggi.