Metodo tedesco da millisecondi per le correnti di sottocella, ma resta la sfida della scala

Il tandem perovskite-silicio ha ottenuto i timbri delle norme internazionali, ma in fabbrica non si riesce a misurarlo con la rapidità che una linea produttiva richiede. A fine agosto il Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE ha presentato una risposta tecnica a questo problema, descritta da un approfondimento di pv magazine sulla nuova metrologia delle correnti di sottocella: un metodo che riduce a pochi millisecondi una misura che finora richiedeva più di un’ora. Non è una notizia delle ultime ore. Va letta come un tassello già sul tavolo di una partita industriale che non si è chiusa.

Certificato in laboratorio, invisibile sulla linea

Sul fronte commerciale le cose sembrano procedere. Qcells sostiene di essere la prima azienda a ottenere la certificazione di conformità sia ai requisiti IEC 61215 sia a quelli UL 61215 per la tecnologia tandem perovskite-silicio. Il doppio sigillo, insieme alla linea pilota dell’azienda a Bitterfeld-Wolfen, indica che i prodotti tandem stanno entrando nella fase di certificazione e commercializzazione. Bisogna però distinguere: la rivendicazione del primato è di Qcells, e una linea pilota non è ancora una produzione di massa.

Il punto debole lo ammettono gli stessi produttori. Ed Crossland, CTO del produttore di celle tandem Oxford PV, parlando dei metodi di laboratorio usati per caratterizzare queste celle, è stato netto in un’intervista sui test di durata e prestazioni: «Obviously that’s not production compatible», cioè ovviamente non è compatibile con la produzione. Il risultato è una tecnologia che supera le prove normative ma che, una volta in linea, non si lascia controllare cella per cella in tempo utile. Se a riconoscerlo è un concorrente diretto di Qcells, resta da capire quanto costi, in termini di tempo, quel controllo che manca.

Da ore a millisecondi: il metodo del Fraunhofer ISE

Il costo è alto. Secondo Christoph Messmer, del gruppo di ricerca del Fraunhofer ISE, le tecniche esistenti, come la risposta spettrale o l’analisi spettrometrica, richiedono ore e configurazioni ottiche complesse, e per questo non sono adatte al controllo qualità in linea. In una cella tandem i due strati, la perovskite sopra e il silicio sotto, generano correnti che devono essere bilanciate. Senza sapere quanta corrente produce ciascuna sottocella non si capisce dove una cella perde efficienza, e una misura che dura un’ora non può stare al passo di una linea che produce migliaia di pezzi.

Il metodo proposto aggira il problema senza ricorrere a nuove ottiche. Sfrutta una proprietà già presente nella cella: il serbatoio di carica capacitivo intrinseco della cella inferiore in silicio. Il risultato più rilevante per l’industria riguarda il test su una cella industriale a grandezza reale. Scansioni rapide di circa 7-12 millisecondi hanno prodotto due plateau distinti, che corrispondevano da vicino alle correnti di sottocella ottenute con la caratterizzazione spettrometrica convenzionale, quella che richiede più di un’ora.

Il secondo dato riguarda l’affidabilità. Secondo il team di ricerca, le misure sono risultate altamente riproducibili, con una deviazione standard relativa inferiore allo 0,1%. Il gruppo ne deduce che la ripetizione delle scansioni rapide non ha degradato in modo misurabile il dispositivo. È un aspetto rilevante per un materiale come la perovskite, la cui stabilità è da sempre uno dei nodi della tecnologia. Va però ricordato che si tratta di un risultato di ricerca: una misura rapida e ripetibile su una cella non equivale a uno strumento installato, tarato e validato su una linea produttiva. Per arrivarci serve qualcuno che la porti dentro le fabbriche.

Un laboratorio aperto a tutti, una filiera da costruire

È qui che entra in gioco l’infrastruttura. Per preparare l’implementazione industriale del tandem, il Fraunhofer ISE ha aperto un nuovo laboratorio, il Pero-Si-SCALE. Secondo il comunicato stampa dell’istituto tedesco, la struttura offre un’infrastruttura di ricerca e sviluppo indipendente, a disposizione dell’industria fotovoltaica tedesca ed europea.

Sulla carta è uno strumento di politica industriale: un centro pubblico di ricerca mette a disposizione dei produttori un luogo neutrale dove sperimentare processi e misure prima di investire in linee proprie. Resta però la domanda che accompagna ogni annuncio di questo tipo: con quali risorse e con quali tempi? Il comunicato non dice quali aziende lo useranno né con quale capacità. Un laboratorio aperto a tutti è utile solo se esiste una filiera in grado di trasformare i risultati in prodotti. Oggi i soggetti citati sono Qcells, con la sua linea pilota a Bitterfeld-Wolfen, e Oxford PV. Quanti altri produttori europei riusciranno a passare dalla linea pilota alla scala industriale prima che il vantaggio tecnologico si sposti altrove?

Il tandem perovskite-silicio ha dunque il timbro delle norme IEC e UL, e adesso ha anche una misura da millisecondi che promette di rendere possibile il controllo qualità in linea. La prova decisiva però è industriale. L’Europa sembra avere gli strumenti per misurare queste celle. Resta da capire se avrà anche le fabbriche per produrle.