La flessibilità del silicio senza vetro si scontra con la fatica dei materiali e i punti caldi

Il dato che separa una promessa tecnica da un prodotto da balcone è 96,12%. Dopo 672 ore mantenuto a un raggio di curvatura fisso di 150 mm, il modulo 2×2 realizzato dal CNR-IMEM ha trattenuto quella frazione di efficienza iniziale: quasi quattro punti percentuali persi in meno di un mese. È il segnale più onesto sulla flessibilità del silicio senza vetro: la curvatura non è gratis, e la fatica dei materiali si presenta sotto forma di microfratture.

Il cuore della tecnologia sta nell’uso di celle IBC SunPower Maxeon Gen III commerciali, anziché celle prodotte internamente. I ricercatori le incapsulano in un processo roll-to-roll su substrato flessibile, eliminando il vetro e guadagnando la possibilità di curvatura. Il brevetto risale al 2020, depositato dall’Istituto dei Materiali per l’Elettronica e il Magnetismo del CNR di Parma; da allora l’implementazione del CNR-IMEM è stata validata con test di caratterizzazione presso il Dipartimento di Ingegneria dell’Università di Padova. Alla ricerca hanno contribuito ricercatori di entrambe le istituzioni.

Per isolare il contributo dell’incapsulamento flessibile, i test hanno confrontato celle nude di riferimento, moduli 1×1 a cella singola e moduli 2×2 con quattro celle in serie. Il team ha inoltre introdotto deliberatamente celle incrinate per valutare il mismatch elettrico e la formazione di hot spot. Non è un dettaglio: una microfrattura in un modulo piegato può creare resistenze locali che surriscaldano il punto di rottura, accelerando il degrado.

La curvatura non è gratis

Il risultato più citato è appunto il mantenimento del 96,12% di efficienza dopo 672 ore a raggio di curvatura fisso di 150 mm. Tradotto in termini operativi: quasi il 4% di potenza persa in meno di un mese. Se un installatore chiedesse una garanzia di resa lineare su vent’anni, questi numeri non reggerebbero. Le celle incrinate testate dal gruppo mostrano esattamente il rischio: nel modulo flessibile, il danno meccanico si traduce in punti caldi misurabili, non solo in perdita di efficienza.

È il tallone d’Achille che la ricerca dovrà risolvere prima di uscire dal laboratorio.

Il processo roll-to-roll ha un’eleganza tecnica reale: consente di adattare linee di produzione continue, riducendo potenzialmente i costi di assemblaggio. Ma la durabilità meccanica resta il limite. Lo conferma la stessa pianificazione del team: per ridurre le perdite ottiche, prevede di introdurre rivestimenti antiriflesso all’interfaccia aria/PET. Sul fronte delle interconnessioni, vuole sostituire la saldatura a filo tradizionale con pasta saldante co-polimerizzata rifusa durante la laminazione roll-to-roll. Entrambi gli interventi mirano a ridurre i punti di stress meccanico e ottico, ma sono ancora in fase di sviluppo.

Il mercato va avanti, il laboratorio insegue

Mentre la ricerca affronta la fatica dei materiali, i regolatori di alcuni Paesi aprono le porte ai kit plug-in. La legalizzazione in Nuova Zelanda dei pannelli da balcone collegati direttamente alle prese domestiche segue una strada già percorsa in Gran Bretagna. Dal 27 agosto, nel Regno Unito i consumatori potranno acquistare e installare kit plug-in fino a 800 W, senza bisogno di un installatore certificato. Secondo il governo britannico, un sistema da 800 W può coprire fino al 20% del consumo elettrico medio domestico e garantire un risparmio annuo di circa 110 sterline. Chris Hewett, CEO di Solar Energy UK, ha accolto la mossa come un modo per portare elettricità pulita a basso costo a famiglie che prima non potevano accedervi.

Ma quei kit da balcone oggi usano quasi esclusivamente moduli rigidi in vetro-silicio, con cornice in alluminio e garanzie standard di 25 anni. Il fotovoltaico flessibile senza vetro, invece, è a un bivio: promette forme curve e integrazione leggera, ma i test di affidabilità a lungo termine annunciati dal team – cicli termici, piegature ripetute, esposizione outdoor su geometrie curve alternative – non sono ancora stati pubblicati. Senza quei dati, nessun installatore serio può sostituire il vetro.

Per chi gestisce impianti oggi, il trade-off è concreto: la flessibilità meccanica costa in durabilità, e il 96% di efficienza dopo un mese di curvatura fissa non è un punto di arrivo. Il silicio flessibile del CNR-IMEM è un progetto pilota con numeri interessanti, ma la strada verso il prodotto commerciale passa dalla soluzione delle microfratture e degli hot spot. Fino ad allora, il vetro resta il riferimento per chi vuole dormire sonni tranquilli.