Perché l'Ohio è leader nel solare al tellururo di cadmio

Una tecnologia di energia solare un tempo innovativa con radici nell'Ohio sta avendo un momento di gloria, insieme a due produttori dell'area di Toledo.

Gli scienziati avevano sperimentato i pannelli solari al tellururo di cadmio in laboratorio sin dagli anni '50, ma la tecnologia fu commercializzata solo vent'anni fa dopo un importante lavoro preparatorio da parte di una coppia di imprenditori dell'Ohio che fondarono quella che sarebbe poi diventata First Solar.

Dopo anni di lotta per una nicchia accanto alle celle solari in silicio cristallino più economiche ed efficienti, il tellururo di cadmio ha recentemente colmato il divario in termini di costi e produzione di energia. I pannelli al tellururo di cadmio detengono la maggiore quota di mercato mondiale tra le tecnologie solari a film sottile, che utilizzano strati molto sottili di materiale semiconduttore, rispetto al silicio cristallino rigido più spesso.

Oltre ai progressi tecnologici, il settore è pronto a trarre vantaggio dalle attuali politiche sulla catena di fornitura e dalla nuova legislazione federale sul cambiamento climatico che incentiva la produzione nazionale.

Queste tendenze stanno alimentando un boom della produzione solare in Ohio, dove nonostante le politiche statali e locali ostili contro i parchi solari, due produttori di tellururo di cadmio hanno annunciato importanti espansioni che promettono di aggiungere centinaia di posti di lavoro nei prossimi anni.

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First Solar prevede di aprire il suo terzo stabilimento in Ohio entro la fine dell'anno a Lake Township. L’impianto da 3,3 gigawatt sarà seguito da un impianto di ricerca e sviluppo di 1,3 milioni di piedi quadrati a Perrysburg, la cui apertura è prevista per il prossimo anno. I piani prevedono l’apertura di un quarto stabilimento statunitense in Alabama nel 2025, portando la capacità produttiva totale dell’azienda negli Stati Uniti a circa 10 GW.

Nel frattempo, Toledo Solar, i cui pannelli sono destinati principalmente a utenti commerciali e residenziali, quest'anno triplicherà la sua capacità di produzione da 100 a 300 megawatt. Sebbene la società sia molto più piccola di First Solar, che si rivolge al mercato dei servizi pubblici, "questo è un grosso problema per noi", ha affermato il CEO Aaron Bates.

"L'area di Toledo, con i suoi profondi legami con l'industria del vetro, è stata un incubatore naturale nei primi anni della nostra attività", ha affermato Kuntal Kumar Verma, responsabile della produzione di First Solar. Più di 20 anni dopo, l’Ohio nordoccidentale “ospita un patrimonio di conoscenze sulla produzione di energia solare a film sottile che forse non ha eguali in nessun’altra parte del mondo”.

La storia delle origini del settore solare al tellururo di cadmio in Ohio inizia con due supereroi dell'industria del vetro.

Harold McMaster è cresciuto come ragazzo di campagna nell'Ohio nordoccidentale e Norman Nitschke ha trascorso la sua infanzia a East Toledo. I due sono stati i pionieri nella produzione e nell'uso del vetro temperato, il materiale utilizzato per i parabrezza delle auto in modo che non si rompa in schegge frastagliate. Sono diventati cofondatori di diverse aziende, tra cui Glasstech.

McMaster e Nitschke iniziarono quindi a lavorare sull'energia solare attraverso Glasstech Solar. Questo lavoro portò alla Solar Cells, Inc. Sotto la guida di McMaster, la società sviluppò il processo di deposizione di vapore di base per le sue celle solari al tellururo di cadmio nel 1997.

Il processo utilizza gas caldo per cristallizzare uno strato di tellururo di cadmio il cui spessore misura circa il 3% di un capello umano. Questo strato, vetro e altri materiali costituiscono il "sandwich" del pannello solare. La produzione richiede meno tempo di quella dei pannelli in silicio cristallino, che rappresentano la maggior parte dei pannelli solari utilizzati in tutto il mondo.

Dopo la vendita di una partecipazione di controllo nella società a una società di investimento con sede in Arizona, Solar Cells, Inc. è diventata First Solar nel 1999 e ha aperto il suo primo impianto di produzione a Perrysburg.

Tuttavia ci sono voluti anni prima che l'efficienza delle celle migliorasse abbastanza da diventare competitive. Nel 2016 First Solar ha raggiunto in laboratorio un’efficienza di conversione energetica del 22%. Uno studio del 2019 condotto da scienziati dell’azienda e ricercatori del National Renewable Energy Laboratory ha perfezionato questo lavoro, riducendo il rischio di instabilità che potrebbero ridurre l’efficienza.