Il principale ostacolo alla diffusione massiccia del fotovoltaico è rappresentato attualmente dalla mancanza di una tecnologia capace di conciliare un'elevata efficienza di conversione e un costo contenuto. Oggi, insomma, l'alta efficienza va pagata con un differenziale di prezzo, che però può essere del tutto accettabile in alcune specifiche applicazioni. È di questo avviso Alta Devices, azienda californiana che ha sviluppato una nuova tecnologia per realizzare celle flessibili in arseniuro di gallio caratterizzate da un'efficienza di conversione del 29%. Fondata nel 2008 da due scienziati specializzati nel campo del fotovoltaico, Harry Atwater del CalTech ed Eli Yablonovitch dell'università di Berkeley, Alta Devices punta oggi a una gamma di applicazioni che comprende l'alimentazione dei sistemi portatili e alcuni specifici impieghi nel campo dei veicoli. Di questa azienda e delle sue tecnologie ha parlato il Ceo Christopher Norris nel corso di un incontro con la stampa tenutosi recentemente a Los Gatos, in California.
Riutilizzo dei wafer GaAs
La tecnologia sviluppata da Alta Devices si basa su un film a singola giunzione in arseniuro di gallio, materiale che consente di raggiungere valori di efficienza nettamente superiori rispetto al silicio. Norris ha spiegato che questo risultato - attualmente l'efficienza offerta è pari al 29%, come si è detto - viene ottenuto anche grazie al “riciclaggio” dei fotoni generati all'interno del materiale per effetto della ricombinazione delle coppie elettrone-lacuna. Il differenziale di prestazioni rispetto alle normali celle solari è particolarmente elevato in condizioni di scarsa illuminazione e di alta temperatura ambientale, tanto che - stando ai dati diffusi dalla società - in capo a un anno la soluzione di Alta Devices può produrre una quantità di energia elettrica doppia o tripla rispetto a una cella tradizionale. Le peculiarità della tecnologia riguardano soprattutto il processo di fabbricazione, che - secondo la società - consente di offrire le celle a prezzi contenuti sebbene l'arseniuro di gallio sia un materiale costoso. In sintesi, il processo utilizzato da Alta Devices si basa su un singolo wafer in GaAs che viene utilizzato unicamente come “seme” per la crescita di un sottilissimo strato del medesimo materiale (spessore 1 micron). La crescita del film è ottenuta tramite speciali reattori Mocvd ad alta capacità. Successivamente il film viene staccato dal wafer e impiegato per realizzare la cella fotovoltaica, mentre il wafer stesso può essere riutilizzato. Questo processo di fabbricazione è compatibile anche con la produzione di celle a doppia o tripla giunzione, il che ha consentito alla società di pianificare una “roadmap” molto ambiziosa: con il passaggio alla doppia giunzione l'efficienza di conversione salirà al 33%, mentre con la tripla giunzione toccherà il 37%. Anche la tecnologia di prima generazione può comunque vantare un netto vantaggio rispetto alle altre soluzioni oggi utilizzabili per fabbricare celle fotovoltaiche flessibili, che - sostiene Norris - sono limitate a un'efficienza del 10% circa. Per ottenere la stessa potenza i pannelli devono quindi avere una superficie quadrupla.
Obiettivo: le applicazioni mobili
Per il momento Alta Devices non intende competere con i produttori di celle fotovoltaiche destinate alle installazioni fisse. Pur in mancanza di dati sui prezzi delle celle, è lecito pensare che l'arseniuro di gallio sia ancora troppo costoso per questo tipo di applicazioni. La società ha scelto quindi di concentrarsi su vari tipi di applicazioni mobili riguardanti gli apparecchi elettronici portatili, gli autoveicoli e i piccoli aerei elettrici senza pilota utilizzati in campo militare (per compiti di ricognizione o per realizzare reti di telecomunicazione provvisorie). Nel settore degli apparecchi elettronici portatili, un piccolo pannello flessibile realizzato con le celle fotovoltaiche di Alta Devices (in grado di fornire una potenza di dieci watt) potrà assicurare la completa ricarica della batteria di un telefono cellulare o di un PC portatile. Nel settore automobilistico, un pannello fotovoltaico integrato nel tettuccio dell'auto potrebbe essere utilizzato per mantenere fresco l'abitacolo ed evitare il surriscaldamento della batteria durante le soste in pieno sole; la potenza elettrica generata, in questo caso, può raggiungere i 300 watt. Infine, l'applicazione di pannelli fotovoltaici sulle ali degli aerei elettrici senza pilota consentirebbe una ricarica parziale delle batterie, prolungando l'autonomia di questi velivoli dagli attuali cinquanta minuti a quattro ore. Ancora in campo militare, Alta Devices ha realizzato il prototipo di un piccolo pannello fotovoltaico pieghevole che eroga dieci watt, utilizzabile per ridurre la grande quantità di batterie e gruppi elettrogeni che le truppe sono oggi costrette a trasportare nei loro spostamenti. Alta Devices occupa attualmente un'ottantina di persone e dispone di due sedi nella Silicon Valley: le attività di ricerca e sviluppo si svolgono a Santa Clara, mentre la linea produttiva pilota sorge a Sunnyvale.
