Fotovoltaico: lo stato e le prospettive di R&D Contenuto:

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1 Fotovoltaico: lo stato e le prospettive di R&D Contenuto: Quanto costa? Perché? Lo scenario industriale. Quale Ricerca: un raffronto tra fotovoltaico ed elettronica. R&D: hot topics. R&D: approcci innovati per celle e moduli al Silicio. Nuove celle al riciclaggio/ celle al Grafene.

2 ...ma quanto costa in /kwh? LCOE Costo dell ' impianto per tutto il suociclo di vita Energia prodotta dall ' impianto lungo tutto il suociclo di vita LCOE T t 0 nt t 0 ( PVP np ( I t * SYS O t M * H * t nt 1 F ) /(1 r) t (1 d) j 1 t ) /(1 r) t

3 LCOE ( /kwh) Raffronto Italia vs Germania 0,5 0,45 n t = 25 yrs 0,4 0,35 0,3 H=1100 hrs/yr (Germania) 0,25 0,2 0,15 H=1700 hrs/yr (Italia) 0, Interest rate (%) Impianto su tetto 30 kwp

4 Perchè il PV: le ragioni indipendenti dalla geopolitica Effic. En erget ico Eolico Geot erm ico Idroelet t rico Sola re T erm ico (pa r) Biom a sse (com b) Nu clea re Sola re T erm ico Ga s&pet rolio Ca rbon e (scru b) Fot ov olt a ico T u rbin a a com bu st ion e c$/kwh Externalities in various energy sources (data, 2009) Source: P. Menna & F. Pauli, L Energia Solare. Il Mulino, 2010.

5 Le industrie PV, anno 2012 * * * Le Journal du Photovoltaique, 2012

6 Fotovoltaico ed elettronica: raffronto tra players e mercato LCD: top 10 companies

7 Fotovoltaico ed Elettronica: i comportamenti 80% Learning Curve: Price decreases by 20% for every doubling of cumulative production (20% PV, 22% PC) Cumulative Production (MWp, MPC units) 1) Keshner, Arya NREL/SR (2004) 2)J. M. Pearce,Ren. En. 33 (2008) 1101

8 Fotovoltaico ed Elettronica: le tecnologie PV Electr. Basic Fab. Proc. = = Large Area True Large area High volume Resolution 1 mm 10 nm Dev. Lifetime 25 yr/80% 10 yr/50% Operating Conditions (LED display) -40 C/+80 C -10 C/+50 C Fab. Yield 95% 98%

9 Fotovoltaico ed Elettronica: resa dei processi

10 sintesi Il fotovoltaico è una tecnologia molto matura ed avanzata, con molteplici similitudini con l elettronica di consumo. Il valore del prodotto dipende principalmente da fattori geopolitici e l industria è sempre più baricentrata in CINA. Quale è la ricerca possibile? Quale, nel/per il nostro paese? C è una ricerca possibile?

11 Fotovoltaico: stato dell arte

12 R&D/ Hot topic Material Device Module Silicon Cost; - Efficiency improvement; Ricyclable (>85%) Smart Plug&play CdTe Toxicity; - High-Temperature Transparent Conductors and Buffer Layer; - CdTe Junction Functionality; - Cell Reliability & Adv. design; CIGS Organic/ Polymer Availability (Ga & In); Ecotoxic (polymers and nanoparticles); Stability; - Fabr. Process Optimization; - Use of Earth abundant Mater.; - Cell reliability & Adv. Design; - Improving DA light absorption; - Improving Carrier Mobility; - Cell Stability & adv. design; asi Silane shortage; - New Adv. Cell design; - Eff. improvement; Ricyclable (>85%) Area improving; Ricyclable (>85%) Area improving; NA Ricyclable (>85%) Eff. improvement;

13 R&D Silicio: il modulo che verrà funzioni J. Poortmans Prog. Photovolt: Res. Appl. 2011; 19:

14 R&D Silicio: il dispositivo Experimental M.A. Green, 1998 Theoretical E. Yablonovitch, 1988 Voc (mv) Jsc (ma/cm2) FF Vm (mv) N.A. 703 (%) J 0 (pa/cm2) Thickness (mm)

15 R&D Silicio: il dispositivo

16 R&D Silicio: il modulo che verrà tecnologie Source: J. Poortman, 25th EU-PV Conf, 2010

17 R&D Silicio: dispositivi Jan Van Hoeymissen Phys. Status Solidi A 208, No. 6, (2011)

18 R&D Silicio: dispositivi Peterman, 19 (%)/4/43, PS based transfer solar cell PPR&A 2011 Mingirulli, PSS, N-type 24.2 (%)/1/---

19 R&D Silicio: modulo Geolocated Unique ID RFID Tag Studi per un modulo fully recyclable

20 R&D Silicio: il modulo LEVEL Comment Pros/Cons Cell Shadowing; Cell failure compensation; Cell V,I mismatch; 1) Cell fabrication process; 2) Module fabrication; Approach 1 requires modification of the actual fab. process; Finest control of module electric generation /Difficult implementation & very expensive Module shadowing; Module failure compensation; Module V,I mismatch; PV plant auto-install; PV plant Remote Monit&Control; Module fabrication; Smart junction box: One piece (BP diode, ribbons + electronic); Two pieces(bp diode, ribbons) + (electronic); Up to 25% of energy can be gained/retrofit difficult; PV plant Anti theft; PV plant traceability; PV plant Easy Gov. Controls; Module fabrication; Very cheap; Retrofit possible/ at present no active control; Studi per un modulo smart

21 Nuovi approcci al riciclaggio Il processo Deutsche Solar PHYS/CHEM Treat. PHYS/CHEM Treat. Processi alternativi PHYS/ CHEM Treat.

22 Graphene: towards an «all carbon solar cell» Source: Di Francia, Lancellotti et al., Thin Solid Films, in press

23 La ricerca possibile: conclusioni 1) Le problematiche ambientali (riciclaggio, inquinamento etc.) possono aprire vie inattese di R&D in questo settore ormai, altrimenti, quasi esclusivamente appannaggio di operatori cinesi. 2) Un altra via possibile è quella legata alla integrazione di competenze diverse (smart): qui scuola e tradizione ci lasciano ancora un certo vantaggio.

24 grazie

25 Silicio: la learning curve