Le celle solari in silicio ad alta efficienza subiscono una perdita di prestazioni nel tempo a causa dell’esposizione ai raggi ultravioletti, un fenomeno noto come ultraviolet-induced degradation (UVID). Studi precedenti avevano evidenziato come questa riduzione di efficienza potesse arrivare fino al 10% dopo l’equivalente di 2.000 ore di esposizione UV simulata. Fino a oggi, il recupero parziale di queste celle sotto luce solare era noto solo attraverso la misurazione dell’output elettrico, senza comprendere i processi chimici reali alla base. Di recente, però, UNSW Sydney ha messo a punto una tecnologia in grado di monitorare, a livello microscopico, il comportamento delle celle solari sotto l’esposizione ai raggi ultravioletti e durante il loro recupero naturale alla luce del sole.
Monitorare il danno e il recupero dei pannelli solari: la svolta dall’UNSW
Il team di UNSW, guidato dalla Scientia Professor Xiaojing Hao, ha sviluppato una tecnica non distruttiva basata sulla spettroscopia Raman UV, che permette di osservare direttamente le variazioni chimiche vicino alla superficie della cella mentre è esposta alla luce ultravioletta e durante la successiva esposizione alla luce visibile. “Invece di misurare solo la potenza prodotta, possiamo vedere in tempo reale come cambia il materiale stesso”, spiega il dottor Ziheng Liu.
Grazie a questa osservazione diretta, i ricercatori hanno identificato come i legami chimici tra idrogeno, silicio e boro vengano temporaneamente alterati dall’UV e come, sotto luce normale, il materiale torni al suo stato originale riparando i legami rotti.
La possibilità di osservare i cambiamenti reversibili a livello materiale ha profonde conseguenze per il settore fotovoltaico. Attualmente, i pannelli solari sono certificati attraverso test accelerati di invecchiamento, che espongono le celle a intensi raggi UV in breve tempo per simulare anni di utilizzo all’aperto. Se parte del degrado osservato è invece reversibile alla luce solare normale, questi test potrebbero sovrastimare la perdita di efficienza o provocare danni permanenti che non si verificherebbero nelle condizioni reali.
La nuova metodologia permette di distinguere tra degrado permanente e cambiamenti temporanei, fornendo una base scientifica più accurata per predire la durata delle celle solari. Inoltre, essendo rapida e non distruttiva, può essere applicata direttamente durante la produzione, consentendo di identificare rapidamente problemi legati alla sensibilità UV dei materiali senza smontare le celle.
Oltre agli aspetti di controllo qualità, il monitoraggio offre anche indicazioni preziose per migliorare il design dei pannelli. Osservando i movimenti dell’idrogeno e le variazioni chimiche durante esposizione e recupero, gli esperti hanno potuto comprendere come spessore della passivazione e proprietà dei rivestimenti superficiali influenzino la resistenza UV e la capacità di recupero delle celle. Queste informazioni possono guidare scelte di progettazione che bilanciano efficienza massima, durata e costi.
