Un gruppo di ricercatori della University of New South Wales, insieme alle aziende SunDrive e Shenzhen APG, ha dimostrato che sostituire il 10% della polvere d’argento con nichel nei contatti metallici posteriori delle celle solari TOPCon porta a una riduzione dei costi dei metalli del 6,8% e dei costi complessivi di metallizzazione posteriore fino all’11%. Un risultato che, se applicato su scala industriale, potrebbe cambiare in modo significativo l’economia della produzione fotovoltaica, in un settore dove il costo dell’argento è da anni uno dei principali ostacoli alla riduzione del prezzo dei moduli.
Perché l’argento è un problema per il fotovoltaico
Le celle fotovoltaiche di ultima generazione, in particolare quelle basate sulla tecnologia TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact), richiedono paste conduttive per la formazione dei contatti metallici. L’argento è il materiale dominante in questi processi: ha un’eccellente conducibilità elettrica, è compatibile con i processi di sinterizzazione ad alta temperatura e garantisce un contatto affidabile con il silicio.
Il problema è strutturale. L’argento è un metallo prezioso, la cui disponibilità è limitata e il cui prezzo è soggetto a volatilità. Con la crescita esponenziale della produzione fotovoltaica globale, la domanda di argento da parte del settore solare ha raggiunto livelli tali da rappresentare una quota rilevante del consumo mondiale. Questo crea una dipendenza che può incidere sia sui costi di produzione sia sulla stabilità delle catene di approvvigionamento.
La ricerca di alternative parziali o totali all’argento è quindi diventata una priorità tecnica ed economica per l’industria fotovoltaica. Il rame è stato a lungo esplorato come sostituto, ma presenta sfide di compatibilità con il silicio e richiede processi di deposizione più complessi. Il nichel, meno costoso e relativamente abbondante, offre caratteristiche interessanti, soprattutto se usato in combinazione con l’argento anziché come sostituto totale.
Come funziona la sostituzione nelle celle fotovoltaiche TOPCon: nichel e argento a confronto
Lo studio condotto da University of New South Wales, SunDrive e Shenzhen APG si concentra specificamente sulla rear metallization, ovvero la metallizzazione del contatto posteriore delle celle TOPCon. In questa zona, la pasta conduttiva viene applicata su tutta la superficie posteriore della cella e richiede quantità di argento significativamente superiori rispetto ai contatti frontali.
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L’approccio testato prevede di sostituire il 10% della polvere d’argento all’interno della pasta con polvere di nichel. Non si tratta dunque di eliminare l’argento, ma di diluirne la presenza in modo mirato. I risultati mostrano due effetti distinti ma complementari:
- Una riduzione dei costi dei metalli del 6,8%, riferita specificamente al costo delle materie prime metalliche utilizzate nella pasta;
- Una riduzione dei costi totali di metallizzazione posteriore dell’11%, che include anche altri fattori legati al processo;
- Un risparmio di circa 8 milligrammi di argento per watt prodotto.
La distinzione tra le due percentuali è importante: il 6,8% riguarda esclusivamente il costo dei materiali metallici, mentre l’11% riflette un risparmio più ampio sull’intero processo di metallizzazione posteriore. Entrambi i dati provengono dallo stesso studio e si riferiscono a misure differenti dello stesso fenomeno.
Quanto pesa davvero 8 mg di argento per watt
Otto milligrammi per watt può sembrare una cifra trascurabile, ma va contestualizzata. Un modulo fotovoltaico da 400 watt di picco contiene tipicamente diversi grammi di argento. Moltiplicato per i gigawatt prodotti ogni anno a livello globale, il risparmio aggregato diventa rilevante sia in termini economici sia in termini di pressione sulla disponibilità del metallo.
La filiera fotovoltaica produce ormai centinaia di gigawatt all’anno. Anche un risparmio apparentemente marginale per singola cella si traduce, su scala industriale, in tonnellate di argento risparmiato per anno di produzione. Questo ha implicazioni dirette sul costo finale dei moduli, ma anche sulla dipendenza del settore da un metallo la cui estrazione è geograficamente concentrata e non priva di impatti.
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Il ruolo delle celle TOPCon nel mercato attuale
Le celle TOPCon sono diventate la tecnologia dominante nel segmento dei moduli fotovoltaici ad alta efficienza. Rispetto alle precedenti celle PERC (Passivated Emitter and Rear Cell), offrono rendimenti superiori grazie a uno strato di ossido di tunnel che riduce la ricombinazione dei portatori di carica. Questa architettura, però, richiede processi di metallizzazione più elaborati, con un consumo di argento più elevato rispetto alle generazioni precedenti.
È proprio per questo che la ricerca su paste alternative assume un valore strategico: le celle TOPCon sono già prodotte in quantità enormi, e qualsiasi ottimizzazione della loro metallizzazione ha un impatto immediato e misurabile sulla filiera globale. Non si tratta di una tecnologia futura da aspettare, ma di un processo in corso su cui intervenire adesso.
Sfide industriali e prospettive di adozione
Passare dalla dimostrazione in laboratorio alla produzione industriale su larga scala non è mai automatico. L’introduzione di nichel nelle paste d’argento richiede una verifica approfondita della compatibilità con le linee di produzione esistenti, della stabilità nel tempo dei contatti realizzati e del comportamento delle celle in condizioni operative reali, inclusi cicli termici, umidità e invecchiamento.
Lo studio di UNSW, SunDrive e Shenzhen APG rappresenta un passo avanti nella validazione tecnica di questo approccio, ma non è ancora sufficiente per stabilire con certezza i tempi e le modalità di adozione industriale. Quello che emerge con chiarezza è che la direzione è promettente: una sostituzione parziale, non totale, riduce il rischio tecnico rispetto a un cambio radicale di materiale, mantenendo al contempo un beneficio economico concreto.
Per chi segue la transizione energetica dal lato dei costi, questo tipo di ricerca è esattamente il genere di progresso che permette al fotovoltaico di continuare a diventare più competitivo senza dipendere esclusivamente da economie di scala già in larga parte sfruttate. Ridurre la quantità di argento per watt prodotto, anche solo del 10%, significa costruire una filiera leggermente meno vulnerabile alle oscillazioni di un mercato delle materie prime che il settore solare non controlla.
Questo articolo è stato realizzato con il supporto dell'AI e sottoposto a revisione editoriale.
