Fotovoltaico in CdTe: dove siamo arrivati con l’efficienza?
Il tellururo di cadmio (CdTe) è alla base della tecnologia fotovoltaica a film sottile più utilizzata al mondo. Nonostante ciò, esistono ancora importanti margini per migliorarne le prestazioni. Un nuovo studio potrebbe segnare una svolta: secondo quanto riportato da un team di ricerca della New York University, un’innovativa tecnica potrebbe aumentare del 13% la tensione a circuito aperto, migliorando così l’efficienza complessiva delle celle.
CdTe, l’alternativa al silicio che conquista mercato
Sebbene il fotovoltaico al silicio sia ancora il più noto e diffuso, la tecnologia in CdTe ha conquistato una nicchia significativa, grazie alla sua buona efficienza e alla versatilità di applicazione. Con oltre 30 GWp installati globalmente (dato aggiornato al 2023), e una forte concentrazione negli Stati Uniti (circa il 40%), il CdTe rappresenta oggi una solida realtà nel mercato dell’energia solare.
Tuttavia, le nuove sfide – come l’emergere di moduli bifacciali e le difficoltà nel reperimento del tellurio – stanno spingendo la ricerca verso soluzioni più performanti e sostenibili.
Come funzionano le celle in CdTe?
Le celle fotovoltaiche in CdTe si compongono di vari strati sovrapposti. Alla base si trova un substrato (in vetro o plastica), seguito da uno strato conduttivo posteriore, solitamente in carbonio con rame. Il cuore dell’assorbimento luminoso è uno strato sottile di CdTe, unito a uno strato di solfuro di cadmio (CdS) per creare una giunzione p-n. Completano la struttura uno strato conduttivo trasparente, che permette alla luce di penetrare, e un ulteriore strato di vetro protettivo.
Punti di forza del CdTe
I moduli in CdTe hanno raggiunto un’efficienza commerciale fino al 21,4%, con un record in laboratorio di 23,1% ottenuto nel 2024 da First Solar. Il materiale mantiene buone prestazioni anche ad alte temperature, ha un peso contenuto e, se realizzato su substrati flessibili, può adattarsi a superfici curve. Inoltre, il processo di produzione è veloce, richiede meno energia rispetto al silicio ed è ben consolidato dal punto di vista industriale.
I limiti della tecnologia
A differenza delle celle in silicio, quelle in CdTe sono integrate direttamente sul supporto attraverso un processo monolitico. Durante le fasi finali, in particolare nel momento in cui si applicano i contatti metallici ad alta temperatura, si possono generare difetti ai confini dei cristalli del materiale, compromettendo l’efficienza della cella.
La svolta della ricerca
Per ovviare a questo problema, gli scienziati della New York University hanno sviluppato un sottile rivestimento protettivo a base di ossido (AlGaOx o SiOx), applicato prima della metallizzazione. Questo strato si distribuisce naturalmente nelle aree più vulnerabili della cella, proteggendola dai danni termici durante il deposito dei contatti in oro.
Il risultato? Le celle trattate hanno mostrato un miglioramento del 13% nella tensione a circuito aperto e un aumento del fattore di riempimento, parametro che incide sull’efficienza. L’unica condizione è che lo strato protettivo rimanga estremamente sottile, per non ostacolare il flusso di corrente.
Come spiegano i ricercatori: “Il rivestimento in AlGaOx agisce come uno scudo durante la fase di evaporazione dei contatti metallici. Senza questa protezione, l’interfaccia si danneggerebbe, creando difetti che limitano la resa finale del dispositivo”.