La tecnologia PERC: vantaggi e confronto con celle standard

La tecnologia PERC è diventata da qualche anno lo standard produttivo dei principali produttori di moduli fotovoltaici.

Ma cos'è esattamente questa tecnologia e che vantaggi da?

Cosa significa PERC?
Letteralmente, sta per "Passivated Emitter and Rear Cell, ovvero  emettitore passivato e cella posteriore.

Che cos'è?
La tecnologia delle celle PERC definisce un'architettura delle celle solari che differisce dall'architettura delle celle standard, che è stata utilizzata per tre decenni e che di solito è presente in tutti i manuali fotovoltaici.

Ad oggi, la stragrande maggioranza delle celle solari cristalline prodotte segue la struttura presentata di seguito.

Nell'ordine, dalla parte superiore fino al retro:

  • Pasta d'argento serigrafata per formare i contatti

  • Rivestimento antiriflesso

  • Wafer di silicio diffusi con fosforo e drogati con boro che formano la giunzione P-N

  • Campo superficie posteriore in alluminio (Al-BSF)

  • Pasta di alluminio serigrafata

L'obiettivo è quello di ottenere il massimo dagli elettroni dalle celle solari, l'architettura PERC consente essenzialmente di migliorare la cattura della luce vicino alla superficie posteriore e di ottimizzare la cattura degli elettroni.

Esiste PERC e PERC
Sotto l'acronimo PERC, troviamo in realtà anche le tecnologie delle celle solari denominate PERL, PERT, PERF. Anche se inizialmente non erano considerati nella nomenclatura del PERC, ora sono generalmente considerati parte della stessa famiglia

Perchè è una tecnologia interessante
Il vantaggio principale della struttura delle celle PERC è che consente ai produttori di ottenere efficienze maggiori rispetto alle celle solari standard, che stanno raggiungendo i loro limiti fisici. Allo stato attuale della tecnologia, è possibile ottenere un guadagno assoluto fino all'1% in termini di efficienza. Sebbene ci siano più fasi nel processo di produzione, il guadagno in termini di efficienza consente una riduzione dei costi, anche a livello di sistema. Dobbiamo sempre tenere presente che il Sacro Graal è migliorare l'efficienza riducendo i costi allo stesso tempo. E il miglioramento dell'efficienza delle celle solari contribuisce alla riduzione dei costi.
Quindi questa architettura di celle è considerata come una delle migliori potenzialità per la produzione di pannelli solari ad alta efficienza a prezzi competitivi.

La tecnlogia PERC è una novità?
L'architettura PERC in realtà non è affatto nuova. La prima evocazione della tecnologia risale all'Università del New South Wales in Australia nel 1983 e il primo documento [1] è stato pubblicato nel 1989. Poiché questo concetto di cella offriva il miglior potenziale per raggiungere un'elevata efficienza, l'UNSW lo ha utilizzato per raggiungere i suoi molteplici record mondiali di efficienza che ha portato quasi al 25% [2]. Le altre due tecnologie concorrenti erano la tecnologia Back Contact, resa popolare da Sunpower, e la tecnologia HIT commercializzata da Panasonic.

Perché adesso?
È interessante sottolineare che l'architettura standard delle celle solari è in uso dalla metà degli anni '80. Da allora, la tecnologia ha subito miglioramenti incrementali, con paste migliori per formare contatti frontali, dita di contatto più sottili, rivestimento antiriflesso ottimizzato ... Ci sono voluti quasi 30 anni all'industria per raggiungere quasi le efficienze raggiunte a livello di ricerca.


Il grafico seguente riassume la storica ricerca dell'industria solare per migliorare la propria tecnologia.

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Come affermato in precedenza, c'è sempre un divario tra le prestazioni raggiunte a livello di ricerca e ciò che si ottiene nella produzione di massa a livello industriale. Quindi, se la tecnologia delle celle PERC emerge ora, è principalmente per ragioni economiche. In effetti, l'industria deve sempre scendere a compromessi per realizzare concetti economicamente e tecnicamente fattibili. Durante 30 anni, i continui miglioramenti incrementali apportati alla tecnologia delle celle standard sono stati economicamente e tecnicamente fattibili. Ora che il concetto standard raggiunge i suoi limiti e che il know-how tecnico è disponibile lungo la catena del valore per introdurre la tecnologia PERC, può costituire una nuova piattaforma praticabile per produrre pannelli solari ad alta potenza e alta efficienza.
Come anticipato da ITRPV, un organismo che riunisce un insieme di produttori nelle diverse fasi della catena del valore e che lavora sulle tendenze tecnologiche, la tecnologia PERC prenderà progressivamente la quota di mercato maggiore. Poiché questo è il senso della storia nel settore fotovoltaico per migliorare sempre di più, prima o poi la maggior parte dei pannelli installati sarà dotata di questa tecnologia.

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La tecnologia PERC presenta intrinsecamente migliori prestazioni in condizioni di luce debole?

Parallelamente allo sviluppo della tecnologia PERC, abbiamo visto apparire sui datasheet argomenti relativi al miglioramento delle prestazioni in condizioni di scarsa illuminazione. È quindi legittimo chiedersi se questi due fatti siano correlati. Sebbene sia vero che troverai moduli basati su PERC con prestazioni di luce debole migliorate, non ha nulla a che fare intrinsecamente con la tecnologia delle celle PERC.

La sfida tecnologica
Come per ogni nuova tecnologia, la sfida alla base della tecnologia PERC è essere in grado di aumentare la tecnologia controllando il processo.

Tra le sfide legate alla tecnologia PERC, due sono più suscettibili di avere un impatto sul proprietario di un pannello dotato di questa tecnologia.
Il primo è relativo alla degradazione indotta dalla luce. LID è questo effetto che fa sì che un modulo perda una percentuale della sua potenza dopo la prima esposizione alla luce. Spiega perché i produttori con garanzie lineari non garantiscono mai il 100% della potenza dopo il primo anno. A causa dei livelli di drogaggio più elevati comunemente applicati nelle cellule PERC, l'effetto negativo dovuto al LID è aumentato con la tecnologia PERC rispetto alle celle standard con Al-BSF.
C'è anche un argomento sul degrado potenziale indotto. Ci sono stati numerosi documenti e articoli che sollevano questo problema, e in particolare per il PERC policristallino. Non è banale in quanto questo tipo di difetto può danneggiare completamente le prestazioni di una centrale elettrica. La migliore raccomandazione che possiamo fare riguardo a questo problema è assicurarci che ai moduli che fornisci sia concesso il certificato secondo IEC TS 62804 per la resistenza PID e che ci sia fiducia nella coerenza che il produttore applica alla selezione dei materiali e ai processi per garantirne la produzione è priva di PID.

MODULI FOTOVOLTAICI CON TECNOLOGIA PERC SU UTOPIA

Fonti:

[1]: A.W.Blakers, A.Wang, A.M.Milne, J.Zhao, M.A.Green, 22.8%Efficient Silicon Solar Cell, Appl. Phys. Lett. 55 (1989) 1363–1365.
[2]: Zhao J; Wang A; Keevers MJ; Green MA, 2000, High efficiency PERT cells on SEH p-type Si substrates and PERT cells on SHE n-type Si substrates

[3]: M.A. Green, The Passivated Emitter and Rear Cell(PERC):From conception to mass production, Solar Energy Materials & Solar Cells 143 (2015) 190–197

[4]: M.A. Green, Forty Years of Photovoltaic Research at UNSW, Journal and Proceedings of the Royal Society of New South Wales, vol. 148, nos. 455 & 456, pp. 2-14