1. Cosa vuol dire PERC?
Letteralmente significa Passivated Emitter and Rear Cell. L’acronimo PERC può anche essere tradotto con Passivated Emitter and Rear Contact.

2. Che cos’è?
La tecnologia PERC è un tipo di struttura della cella che differisce profondamente da quella usata negli ultimi 30 anni e a cui si fa normalmente riferimento nei manuali fotovoltaici.

Ad oggi la stragande maggioranza delle celle fotovoltaiche viene prodotta in questo modo: partendo dalla superficie della cella e procedendo verso il lato posteriore troviamo i seguenti materiali:
– Pasta d’argento serigrafata per i contatti
– Rivestimento anti riflesso
– Drogaggio superficiale del wafer di silicio con atomi di fosforo e boro per le giunzioni P N
– Strato posteriore in alluminio
– Pasta di alluminio serigrafata

L’obiettivo è quello di tirar fuori il maggior numero di elettroni da una cella e per fare questo la tecnologia PERC agevola l’imprigionamento della luce in prossimità della superficie posteriore ottimizzando così la cattura di elettroni.

3. Ci sono PERC e PERC?
Con l’acronimo PERC troviamo anche tecnologie chiamate PERL, PERT, PERF. Anche se inizialmente non erano ritenute parte della nomenclatura PERC, sono oggi generalmente considerate come facenti parte della stessa famiglia.

4. Cosa c’è dietro l’utilizzo di questa tecnologia?
Il maggior vantaggio della tecnologia PERC è quello di consentire ai produttori di celle il raggiungimento di una maggiore efficienza rispetto alle celle a tecnologia convenzionale, i cui limiti fisici sono stati oramai ampiamente toccati. Con l’attuale tecnologia è possibile ottenere l’1% come aumento assoluto in termini di efficienza. Se da un lato ci sono più passaggi da compiere in fase produttiva, l’aumento di rendimento permette un abbassamento dei costi a livello sistemico. Non dobbiamo infatti dimenticare che l’obiettivo di tutti i produttori è quello di fornire celle di sempre maggiore efficienza riducendone i costi di produzione.
Questa nuova architettura della cella, quindi, è considerata come la migliore opzione per produrre pannelli fotovoltaici ad alta efficienza a prezzi competitivi.

5. Si tratta di una nuova tecnologia?
La tecnologia PERC non è assolutamente nuova. I primi studi partono già nel 1983 presso l’Università di New South Wales, in Australia, con risultati scientifici pubblicati poi nel 1989. Poiché questo tipo di cella consentiva il raggiungimento di altissimi livelli di efficienza, l’Università batteva costantemente tutti i record mondiali stabiliti sino a quel momento, avvicinandosi addirittura ad un rendimento di circa il 25%.

6. Perché solo adesso?
E’ importante sottolineare che l’architettura tradizionale della cella è stata regolarmente usata sin dalla metà degli anni ’80. Da allora la tecnologia si è notevolmente sviluppata, con paste migliori per i contatti frontali, fingers più sottili, rivestimenti antiriflesso ottimizzati…Ci sono voluti circa 30 anni perché l’industria fotovoltaica raggiungesse i livelli di efficienza ottenuti nei laboratori di ricerca.
Il seguente grafico illustra i tempi necessari all’industria fotovoltaica per migliorare la propria tecnologia.

Come già evidenziato in precedenza, esiste sempre un divario tra i risultati raggiunti in laboratorio e quelli invece ottenuti producendo in serie a livello industriale. Ne consegue che l’attuale emergere della tecnologia PERC è principalmente legato a ragioni economiche, poiché l’industria deve sempre trovare un equilibrio tra quello che è economicamente e tecnicamente possibile. Gli ultimi 30 anni hanno visto migliorie continue e costanti nella tecnologia tradizionale delle celle, che ne rendevano la produzione sostenibile. Ora che la “vecchia” tecnologia presenta dei limiti e che le conoscenze relative all’utilizzo di quella PERC in tutta la filiera di comparto sono più solide, si ritiene che quest’ultima sia replicabile a costi competitivi su scala industriale.
Stando a ITRPV, un organismo che raggruppa i maggiori produttori di tutta la filiera fotovoltaica e che monitora i trend tecnologici, la tecnologia PERC andrà progressivamente guadagnando terreno fino ad avere il maggior market share. E poiché il leit motiv del settore è quello di tagliare sempre nuovi traguardi tecnologici, prima o poi la maggior parte dei moduli fotovoltaici verrà prodotta con tecnologia PERC.

7. La tecnologia PERC funziona meglio rispetto alla tradizionale in condizioni di basso irraggiamento?
Parallelamente allo sviluppo della tecnologia PERC, abbiamo visto evidenziato sulle schede tecniche dei moduli il loro migliore comportamento in condizioni di basso irraggiamento. E’ quindi legittimo chiedersi se le due cose siano collegate. Se da una parte è vero che nel mercato di trovano moduli a tecnologia PERC con ottime prestazioni a basso irraggiamento, dall’altra questa caratteristica non ha nulla a che vedere con la tecnologia PERC in sé. Tutte le tecnologie delle celle presentano potenzialmente la capacità di produrre anche in condizioni di basso irraggiamento, ma questo è un tema che tratteremo in un altro post del nostro blog.

8. Le sfide poste da questa tecnologia
Ogni nuova tecnologia pone delle sfide. Quella posta dalla tecnologia PERC al produttore è di estenderne l’utilizzo su scala industriale controllandone contemporaneamente il processo. In aleo il nostro know-how viene costantemente monitorato, e qualcosa dobbiamo sicuramente saperlo, visto che le celle PERC le produciamo anche.
Tra le sfide di questa tecnologia, due sono quelle che maggiormente possono stimolare il proprietario di un impianto con moduli a tecnologia PERC.
La prima è l’effetto LID (Light Induced Degradation – Peggioramento indotto dalla luce) ovvero la perdita di potenza del modulo alla prima esposizione alla luce. Questo spiega perché i produttori che offrono la garanzia lineare non garantiscono mai il 100% della potenza dopo il primo anno. La tecnologia PERC è più sensibile rispetto alla tradizionale a questo difetto del wafer e quindi il potenziale negativo del LID aumenta con la tecnologia PERC.
Si discute anche del PID ( Potential Induced Degradation – Peggioramento indotto dal potenziale). Numerosi studi scientifici e articoli hanno portato alla ribalta la questione specialmente per il PERC policristallino. Non è un argomento banale, se si considera che questo difetto può danneggiare completamente un intero impianto. La migliore raccomandazione che ci sentiamo di farvi relativamente alla questione, è quella di sincerarvi che i moduli che proponete ai vostri clienti siano garantiti con il certificato IEC TS 62804 per la resistenza al PID e che vi fidiate della severità applicata dal produttore sia nella selezione dei materiali sia ai processi produttivi per assicurare una prodotto privo di PID.

Sources

[1]: A.W.Blakers, A.Wang, A.M.Milne, J.Zhao, M.A.Green, 22.8%Efficient Silicon Solar Cell, Appl. Phys. Lett. 55 (1989) 1363–1365.
[2]: Zhao J; Wang A; Keevers MJ; Green MA, 2000, High efficiency PERT cells on SEH p-type Si substrates and PERT cells on SHE n-type Si substrates

[3]: M.A. Green, The Passivated Emitter and Rear Cell(PERC):From conception to mass production, Solar Energy Materials & Solar Cells 143 (2015) 190–197

[4]: M.A. Green, Forty Years of Photovoltaic Research at UNSW, Journal and Proceedings of the Royal Society of New South Wales, vol. 148, nos. 455 & 456, pp. 2-14