Processes and technologies for crystalline silicon production for photovoltaic applications

Photovoltaic solar energy is considered one of the most versatile and promising renewable energy technology. It is based on the use of an infinite source of energy: the sun. The photovoltaic energy conversion process is emission free and the total environmental footprint of photovoltaic energy is very low. Crystalline silicon is the most widely diffused technology among all the photovoltaic for its high efficiency, a well-established manufacturing process that permit the adoption of scale economies and an overall low levelized cost of energy. Along the PV production chain research activities can be conducted on the development of novel cells, as well as on the optimization of process steps with the aim of obtaining better products at low cost and with reduced environmental impact. Following these objectives the knowledge acquired on the development of electrothermal processes of materials allowed the development of two applications of electro-heating for improving the PV production chain. In particular an induction heating directional solidification furnace for growing multi-crystalline silicon ingots had been developed and a lab scale prototype had been built for making experimental tests aimed at the improvement of the silicon ingots production process; an electrothermal process for the treatment of end-of-life PV modules based on radio frequency heating has also been developed and constructed. Both the applications developed can be considered a technological breakthrough that could have a benefic impact on the multi-crystalline silicon production chain

L’energia solare fotovoltaica è considerata al giorno d’oggi una tra le più promettenti e versatili fonti energetiche rinnovabili. La conversione dell’energia solare in energia elettrica mediante l’uso di celle fotovoltaiche consente di utilizzare una fonte energetica inesauribile come il sole ed è caratterizzata dall’assenza di emissioni legate al processo di conversione e da un impatto ambientale complessivo ridotto. La tecnologia basata sulle celle fotovoltaiche al silicio cristallino è la più diffusa nel mercato per l’alto rendimento di conversione, una catena produttiva industrialmente sviluppata che permette di adottare economie di scala e un costo finale relativamente ridotto che permette di ottenere valori competitivi per il costo dell’energia prodotta. Gli ambiti di ricerca nel settore del fotovoltaico possono andare dallo sviluppo di nuove tecnologie o nuove celle al miglioramento dei sistemi produttivi attuali al fine di ridurre i costi e migliorare la qualità dei prodotti. Le conoscenze acquisite in ambito elettrotermico hanno permesso di sviluppare dei processi innovativi che avranno un impatto interessante sulla catena di produzione di moduli fotovoltaici al silicio cristallino. In particolare sono state sviluppate due applicazioni: la prima è lo sviluppo e la realizzazione di un forno ad induzione per la solidificazione di lingotti di silicio multi cristallino per applicazioni fotovoltaiche, attività conclusasi con la realizzazione di un forno da laboratorio per l’effettuazione di test per il miglioramento dei processi produttivi della catena a monte della produzione di moduli; la seconda applicazione è stata finalizzata allo sviluppo di un sistema per il trattamento di moduli fotovoltaici a fine vita, attività conclusasi con lo sviluppo di un sistema a radio frequenza per la separazione dei materiali dei moduli fotovoltaici ai fini del riciclo. Entrambe le applicazioni possono essere considerate delle importanti innovazioni tecnologiche che possono fornire all’industria fotovoltaica operante nel campo dei moduli al silicio cristallino interessanti opportunità di crescita