Il fotovoltaico è ormai una colonna portante della transizione energetica globale. Ma se da un lato cresce l’efficienza dei pannelli, dall’altro aumenta anche la necessità di ripensare i materiali con cui vengono realizzati. Uno dei principali nodi è l’uso dell’argento, una risorsa preziosa, costosa e limitata. Un recente progetto del Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (ISE) ha mostrato una soluzione concreta: sostituire gran parte dell’argento con rame, senza compromettere le prestazioni nella produzione di energia solare.
Rivoluzione delle celle solari SHJ: rame al posto dell’argento
All’interno del progetto HIT, il Fraunhofer ISE ha sviluppato celle solari a eterogiunzione di silicio (SHJ) che riducono drasticamente l’impiego di argento. Grazie all’uso di rame puro sul retro e una pasta ibrida argento-rame sulla parte frontale, i ricercatori hanno portato il consumo di argento a 1,4 milligrammi per watt di picco. Si tratta di circa un decimo rispetto agli standard industriali odierni, che in genere si attestano sui 20 milligrammi per watt per le celle SHJ.
La chiave di questo risultato risiede anche nell’uso di una stampa serigrafica ottimizzata tramite simulazioni avanzate, che ha permesso di ottenere linee conduttive sottilissime, fino a 17 micrometri di spessore. Come sottolinea Andreas Lorenz, responsabile del progetto, è stata determinante la scelta di retini a maglie ultrafini, capaci di migliorare la precisione nella metallizzazione.
“È emerso che la selezione di una configurazione ottimale dei retini gioca un ruolo altrettanto importante nella scelta della pasta di metallizzazione per ridurre il consumo di argento. Utilizzando nuovi retini a maglie ultrafini, siamo stati in grado di stampare una metallizzazione frontale a linea sottile con aperture fino a 17 micrometri, considerevolmente più sottili di un capello umano”.
Il peso dell’argento nella produzione di energia solare
L’argento rappresenta oggi una delle voci più pesanti nel bilancio di produzione dei moduli solari. Ogni pannello contiene in media circa 20 grammi di questo metallo, che può arrivare a incidere per oltre il 6% del costo totale. Secondo i dati del Silver Institute, il fotovoltaico assorbe da solo il 30% della domanda industriale mondiale di argento. Una quota destinata ad aumentare, soprattutto con la crescita delle tecnologie bifacciali e delle celle SHJ, notoriamente più esigenti dal punto di vista dei materiali.
Nel caso delle SHJ, infatti, l’architettura complessa e il processo di metallizzazione richiedono quantità superiori di argento rispetto alle celle PERC o TOPCon. Una SHJ standard può consumare fino a 22 milligrammi di argento per watt di picco, un dato che mette in discussione la sostenibilità economica e ambientale di questa tecnologia a lungo termine.
La scelta del rame non è casuale: si tratta di un metallo molto più abbondante, economico e facilmente reperibile rispetto all’argento. Anche se il rame ha una conducibilità leggermente inferiore, l’adozione di tecnologie di stampa avanzate e la progettazione di contatti ultra-sottili permettono di compensare il divario prestazionale.
In questo modo, la tecnologia fotovoltaica non solo diventa più sostenibile dal punto di vista ambientale, ma anche più accessibile in termini di costi di produzione, un elemento chiave per l’espansione globale delle energie rinnovabili.
