Lavorazioni laser nel settore fotovoltaico

La possibilità che la conversione all’energia fotovoltaica potesse alimentare in modo pulito, sostenibile e conveniente le case e i luoghi di lavoro ha affascinato la nostra società per oltre mezzo secolo. 

Oggi, quella visione è già diventata una realtà. Con l’avvento di forti incentivi governativi, principalmente in Europa, la moderna industria del fotovoltaico ha iniziato a prendere forma e svilupparsi a metà degli anni 2000. All’epoca i sussidi hanno stimolato la domanda e sono emerse nuove aziende fotovoltaiche che da allora hanno portato i loro livelli di produzione ben oltre le più rosee proiezioni.

Negli ultimi decenni sono stati immessi sul mercato due tipologie principali di tecnologia fotovoltaica. La prima, basata sul wafer di silicio cristallino (c-Si), ha dapprima dominato il mercato rappresentando l’80% delle vendite, anche se l’altra tecnologia, il fotovoltaico a film sottile (TFPV), ha saputo mantenere la sua promessa di produzione di massa a costi notevolmente inferiori trovando così una calda accoglienza tra i produttori.

A causa della natura dei pannelli TFPV, è necessario un processo di tracciatura per dividere i pannelli a grandezza naturale in più celle collegate in serie. I laser sono stati lo strumento preferito fin dall’inizio per effettuare questa operazione e negli ultimi due decenni la lavorazione laser è stata adottata come tecnica standard per questo passaggio chiave.

Oggi esiste un solido mercato nel settore fotovoltaico per gli strumenti di lavorazione laser e prestigiosi produttori di apparecchiature laser come l’azienda italiana Evlaser stanno riscuotendo un notevole successo. Altre applicazioni laser TFPV come l’eliminazione dei bordi e la foratura del vetro per i fori di contatto del pannello sono state studiate, mentre con lo sviluppo dei sistemi di materiali a film sottile si sono aperte nuove opportunità per i sistemi laser più innovativi per creare un valore aggiunto al processo di lavorazione.

La lavorazione laser ha una lunga storia di utilizzo nella produzione di celle solari considerando che la maggior parte dei moduli fotovoltaici a film sottile è stata prodotta utilizzando l’incisione laser. I laser vengono utilizzati da molti produttori del settore per una varietà di applicazioni come l’isolamento dei bordi, la marcatura di identificazione, la scanalatura laser per emettitori selettivi e il taglio di wafer e nastri di silicio.

Inoltre, le ricerche scientifiche si sono focalizzate sulla creazione di diverse tecniche di elaborazione laser per la produzione di nuovi tipi di celle solari in silicio ad alte prestazioni. Ci sono stati anche sforzi di ricerca indirizzati all’utilizzo della fusione laser, della ricottura laser e della testurizzazione laser nella fabbricazione di celle solari.

Nell’ultimo decennio un certo numero di produttori ha sviluppato nuove generazioni di celle solari in cui l’ablazione laser di strati dielettrici viene utilizzata per formare emettitori selettivi o contatti passivi posteriori. Altri costruttori hanno utilizzato i laser per praticare fori attraverso i wafer di silicio per celle solari a contatto posteriore con avvolgimento dell’emettitore o del metallo.

Gli scienziati dell’Istituto Fraunhofer per i Sistemi di Energia Solare di Friburgo, in Germania, hanno dimostrato l’importanza della tecnologia laser nella creazione di celle solari al silicio ad alta efficienza, mentre gli investigatori dell’Università di Stoccarda e dell’Università del New South Wales, in Australia, hanno prodotto celle ad alta efficienza utilizzando il drogaggio laser, termine con cui si intende l’aggiunta ad un semiconduttore puro di piccole percentuali di atomi esterni, ed alcune aziende stanno ora sviluppando prodotti commerciali basati sia sul drogaggio laser (laser doping) che sulla tecnica del laser firing.

Visti i continui progressi che riguardano il mondo dei laser, l’impiego di questa tecnologia nella lavorazione delle celle solari e nel settore fotovoltaico in generale sembra destinato a crescere ancora in maniera considerevole nei prossimi anni. La tecnologia laser non viene utilizzata perché è di moda o per essere raffinata, ma per il suo enorme potenziale nel ridurre i costi di produzione per watt di energia fotovoltaica.

Il costo per watt è l’aspetto cruciale del fotovoltaico, assieme alle prestazioni più elevate, per cui minori costi di produzione si traducono in minori costi di installazione per i sistemi fotovoltaici, portando il prezzo per kilowattora dell’energia fotovoltaica ad essere sempre più vantaggioso. E questo anche grazie al laser.

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