Secondo uno studio di prova condotto dai ricercatori del National Renewable Energy Laboratory (NREL) del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, l’uso di laser a femtosecondi per formare saldature vetro-vetro per i moduli solari renderebbe i pannelli più facili da riciclare.
Le saldature eliminerebbero la necessità di fogli di polimero plastico che ora vengono laminati nei moduli solari ma renderebbero il riciclaggio più difficile. Al termine della loro vita utile, i moduli realizzati con le saldature laser possono frantumarsi. I fili di vetro e metallo che attraversano le celle solari possono essere facilmente riciclati e il silicio può essere riutilizzato.
“La maggior parte dei riciclatori confermerà che i polimeri sono il problema principale in termini di inibizione del processo di riciclaggio”, ha affermato David Young, scienziato senior e direttore del gruppo Fotovoltaico Cristallino ad Alta Efficienza nel dipartimento di Chimica e Nanoscienza del NREL. Young è l’autore principale di un nuovo articolo che delinea l’uso delle saldature laser per i moduli solari. Il documento, “Verso moduli solari in vetro/vetro saldati al laser, senza polimeri”, appare nel Giornale IEEE del fotovoltaico.
Scritto con i colleghi del NREL Tim Silverman, Nicholas Irvin e Nick Bosco, l’articolo conta come coautori anche due dipendenti della Trumpf Inc., la società californiana che ha realizzato il laser a femtosecondi coinvolto. Un laser a femtosecondi utilizza un breve impulso di luce infrarossa che fonde insieme il vetro per formare un sigillo forte ed ermetico.
La saldatura del vetro può essere utilizzata su qualsiasi tipo di tecnologia solare – silicio, perovskiti, tellururo di cadmio – perché il calore della saldatura è confinato a pochi millimetri dal fuoco del laser.
I moduli solari sono costituiti da semiconduttori progettati per catturare una porzione specifica dello spettro solare, sfruttando la luce solare per creare elettricità. Tipicamente, i semiconduttori sono inseriti tra due lastre di vetro laminate insieme con fogli polimerici.
La ricerca di NREL ha dimostrato che le saldature vetro/vetro con laser a femtosecondi sono essenzialmente resistenti quanto il vetro stesso.
“Finché il vetro non si rompe, la saldatura non si romperà”, ha detto. “Tuttavia, non avendo i polimeri tra le lastre di vetro, è necessario che i moduli saldati siano molto più rigidi. Il nostro articolo ha dimostrato che con un corretto montaggio e una modifica alle caratteristiche di goffratura del vetro laminato, un modulo saldato può essere reso sufficientemente rigido da resistere alla statica test di carico.”
Il gruppo di ricerca NREL è il primo a utilizzare un laser a femtosecondi per formare saldature vetro/vetro da utilizzare in un modulo. In passato è stato provato un diverso tipo di sigillatura dei bordi utilizzando laser a nanosecondi e un riempitivo con fritta di vetro, ma le saldature si sono rivelate troppo fragili per l’uso nella progettazione di moduli per esterni. Le saldature laser a femtosecondi offrono una resistenza superiore con tenuta ermetica a un costo interessante.
Young ha affermato che la ricerca è “decisamente ad alto rischio, alta ricompensa”, ma indica una direzione per ulteriori ricerche per estendere la vita dei moduli solari oltre i 50 anni e per consentire un riciclaggio più semplice.
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