Recenti progressi nella tecnologia dei pannelli solari

Il fotovoltaico è suddiviso in tre generazioni e suddiviso in diversi sottotipi in base alle proprietà dei materiali. La prima e la seconda generazione di celle presentano problemi relativi agli alti costi di produzione e alla minore efficienza.

Dott. Raj Shah, la signora Salowa Siddique, Sig. Mrinaleni Das | Strumenti Koehler

Dall’inizio della rivoluzione industriale, i gas serra sono aumentati rapidamente a causa delle emissioni di anidride carbonica fossile. Nel 2020, Cina, India, Stati Uniti, Giappone e altre economie emergenti sono rimasti i maggiori emettitori di anidride carbonica al mondo. Insieme rappresentano il 49,5% della popolazione, il 61,8% del prodotto interno lordo globale, il 65,2% del consumo globale totale di combustibili fossili (BP, 2021(3)) e il 66,7% delle emissioni globali totali di anidride carbonica fossile [1]. Con la crescente consapevolezza del cambiamento climatico, è aumentata l’importanza della transizione verso fonti energetiche più pulite e sostenibili. Oltre ad offrire una combinazione di vantaggi economici, ambientali e sociali, l’energia solare non emette gas serra o sottoprodotti nocivi, rendendola più richiesta. L’energia solare sembra molto più praticabile rispetto alle numerose opzioni di energia rinnovabile disponibili grazie alla sua abbondanza, variabilità regionale, fornitura continua di energia, riduzione delle emissioni di anidride carbonica e minori costi di produzione di energia [1]. Pertanto, c'è stato un aumento del mercato del settore dell'energia solare.

Nel corso degli anni sono stati fatti progressi nella tecnologia dell’energia solare. I miglioramenti e l’adattamento diffuso fanno sì che l’energia solare sia più economica e più efficiente. Circa il 4% di tutta la produzione energetica negli Stati Uniti proviene dall’energia solare, quasi 80 volte di più rispetto a dieci anni fa. Rappresenta il 54% di tutta la nuova capacità di generazione. Di conseguenza, l’industria solare ha fissato l’obiettivo di raggiungere il 30% di tutta la produzione di energia entro il 2030 [2]. Attualmente, gli Stati Uniti sono il secondo produttore mondiale di energia solare, con una capacità installata di 108,7 GWdc (2021). Dal 2008, la produzione di capacità di energia solare è cresciuta da 0,34 a 62,4 GWdc, mostrando un aumento di 75 volte in meno di un decennio [3]. Gli Stati Uniti stanno emergendo come uno dei principali produttori di energia solare e questo articolo discute le prospettive future del futuro mercato solare sulla base di recenti statistiche. Questo articolo fa luce anche sulla crescente importanza dell’energia solare e sul raggiungimento di emissioni nette pari a zero entro il 2050. Gli Stati Uniti sono classificati in cinque livelli in base al loro potenziale solare utilizzando un processo di gerarchia analitica e un'analisi di regressione [3]. La Figura 1 mostra il mix energetico negli Stati Uniti dal 2019 e si può osservare che i combustibili fossili sono rimasti dominanti. Tuttavia, le proiezioni mostrano che il solare rappresenterà il 48% della produzione di energia rinnovabile nel 2050 rispetto all’attuale 9% [3].

Figura 1: Fonti energetiche primarie negli USA (2019) [3].

Il fotovoltaico è diventato uno dei principali contributori alla transizione energetica in corso, ma sono necessari molti miglioramenti per raggiungere una maggiore efficienza e ridurre le perdite ottiche, quantistiche ed elettriche delle celle solari. La riduzione delle perdite di qualsiasi tipo richiede metodi diversi, spesso avanzati, di produzione delle celle e dei moduli fotovoltaici. Il fotovoltaico è suddiviso in tre generazioni e suddiviso in diversi sottotipi in base alle proprietà dei materiali. La prima e la seconda generazione di celle presentano problemi relativi agli alti costi di produzione e alla minore efficienza. Ad esempio, le celle solari monocristalline della prima generazione sono relativamente più costose di quelle policristalline. Inoltre, uno dei principali difetti delle celle fotovoltaiche in silicio amorfo è che nei laboratori l'efficienza massima raggiunta è di circa il 12%. Il valore degrada ampiamente su scala commerciale che è compreso tra il 4 e il 6% [4]. C’è stata molta attenzione nelle celle di terza generazione, che includono celle solari sensibilizzate con coloranti e le tendenze di efficienza mostrano che l’efficienza aumenterà nei prossimi anni.

Celle solari sensibilizzate con coloranti (DSSC): le DSSC sono una sottoclasse di celle solari a film sottile e un'ottima alternativa alle celle solari in silicio grazie al loro processo di produzione meno complicato e non ostacolano le applicazioni urbane o altre applicazioni commerciali. Può raccogliere la luce in modo efficiente, ridurre le reazioni di ricombinazione, migliorare la capacità di trasporto della carica e aumentare la raccolta del colorante. Un diagramma schematico di un DSSC è mostrato di seguito nella Figura 2.