Thin-film photovoltaics: funzionamento, caratteristiche e possibili applicazioni in ambito terrestre e spaziale

Il sole è la più abbondante fonte di energia rinnovabile per soddisfare la crescente richiesta di energia globale in un'implementazione su scala tera-watt. In questa direzione la tecnologia fotovoltaica è uno dei migliori mezzi possibili per convertire direttamente la luce solare in energia elettrica senza sottoprodotti nocivi. L'industria del fotovoltaico (PV) sta avanzando rapidamente nel mercato energetico con tassi di crescita ben oltre il 30% annuo, al fine di accelerare la diffusione di opzioni energetiche sostenibili e contrastare l'aumento dei prezzi dei combustibili fossili e la crescente preoccupazione per il riscaldamento globale. Le sfide lungo questo percorso sono molteplici: la riduzione incrementale dei costi €/Wp per i moduli PV, la disponibilità di materiali economici e non tossici, processi di produzione semplificati, elevata efficienza, flessibilità e durata nel tempo. Attualmente il settore fotovoltaico è dominato da celle solari in wafer di Silicio cristallino, una tecnologia robusta e ampiamente collaudata ma penalizzata da limiti non indifferenti quali peso, rigidità, costi e tecniche di produzione complesse che hanno indotto un crescente interesse verso materiali alternativi ed economici e nuove tecnologie di fabbricazione dei dispositivi. A tal proposito, le celle solari a film sottile stanno compiendo numerosi passi avanti, grazie a vantaggi notevoli quali aumentata leggerezza e flessibilità, processi produttivi semplici e automatizzati, esiguo consumo di materiale semiconduttore e costi potenzialmente ridotti, oltre che ampi margini di miglioramento in termini di efficienza e degrado nel tempo. Dopo aver spiegato il principio di funzionamento su cui si basano i fotovoltaici a film sottile, sono state analizzate le varie tipologie di TFSCs (thin-film solar cells), con particolare attenzione verso i materiali utilizzati e le problematiche di efficienza e stabilità che ne ostacolano la commercializzazione su larga scala. Sono state dunque esplorate le varie possibilità di applicazione in ambito terrestre e spaziale, che rendono questa tecnologia fondamentale per la produzione di energia elettrica in luoghi in cui difficilmente potrebbero essere applicati moduli PV rigidi. Grazie alle continue ricerche e ai miglioramenti apportati nella lavorazione e nella struttura delle TFSCs, i fotovoltaici a film sottile potrebbero superare a lungo termine il predominante silicio cristallino e aprire la strada al raggiungimento di un futuro energetico sempre più sostenibile.