Post on 01-May-2015
transcript
FISICA AMBIENTALE 1
Lezioni 13-14Energia solare fotovoltaica
acceptor impurity(missing electron)
Donor impurity
(free electron)
Rappresentazione bidimensionale di un cristallo di silicio
CELLE FOTOVOLTAICHE Dispositivi di materiale semiconduttore (Si) in cui avviene la diretta conversione di fotoniin energia elettrica
Per V = 0 ID= 0
n + + + + + + + + + +- - - - - - - - - - - - - - p
-V+chargedensity
+-
he he
Id= + I0 IF= - I0
diffusioncurrent
fieldcurrent
Giunzione in assenza di luce. La diffusione causa distribuzione di cariche, ma all’equilibrio Id e IF si bilanciano.
Il circuito rappresenta la corrente IS dell’effetto
fotovoltaico e la corrente di diodo ID.
Diagramma IV per una cella solare, con parametri realistici per il Si:I0 = 5.9 x 10-8 A m-2 ; IS = 520 A m-2 ; KT = 0.025 eV s
insolazione
correntedi diodo
Voltaggio V per cui I = 0
Radiazione emessa
(108 W m-2 m-1)
Lunghezzad’onda
SPETTRO DI EMISSIONE SOLARE
EFFICIENZA DI UNA CELLA
SOLARE =
Potenza emessa (W m-2 )
Radiazione entrante (W m-2 )
E<Eg
E>Eg
E<Eg: 23% dei fotoni non contribuiscono all’efficienza
E>Eg: solo Eg = 1.12 eV è convertita in potenza elettrica. (E>Eg) è persa come calore nel semiconduttore.
(Si)
44% : energia utile; è un lim sup per
Per materiali con Eg maggiori l’energia utile diminuisce.
Abbiamo gli elementi per una stima realistica di :
Energia media di 1 fotone
Il 77% dell’energia di questi fotoni produce effetto fotovoltaico IS=520 A m-2
Con I0 = 5.9 x 10-8 A m-2 e KT = 0.025 eV V0C=0.57 V <Eg
P 240 W m-2
24%
THE GRÄTZEL CELL: dye sensitized photovoltaic cell
1
2
3
4
h è assorbito da un pigmento RuL2(SCN)2:
t = 10-15s
Un e- viene estratto e passa alla banda di conduzione del TiO2:
t = 10-12s
1
2
3 Riduzione del pigmento ossidatot = 10-9s
4
La coppia redox è ridotta. t = 10-3s
Connettendo i due elettrodi si estrae lavoro.
TiO2
+e-
TiO2
pochi m
redox couple
h
substrato TiO2/ pigmenti
Rappresentazione schematica dello strato poroso di nanoparticelle di TiO2 e pigmenti attaccate alla
superficie dell’elettrodo conduttore.