Dispositivi a semiconduttore 1

Effetto fotovoltaico: passaggio corrente indotto da illuminazione

•Becquerel 1839 in soluzione chimica•1877 I osservazione in solido: selenio•Comprensione: Einstein (1905) e Schottky (1930)•I cella solare in Si (1954):Chapin, Pearson and Fuller•Da lì in poi celle Si policristallino, Si amorfo, multigiunzione e (1991) DSSC

Dispositivi a semiconduttore 2

Condizioni lavoro cella solare: IV quadranteCaratteristica I-V giunzione

Q(VBI-V0C)

V0C: potenziale a circuito aperto ≤VBI

Dispositivi a semiconduttore 3

Circuito equivalente cella solare

Caso ideale RSH ( perdite) infinita e Rs=0 (R.serie): la corrente I=ID-IL

I

Rs

RSH

ID

IL

RL

Dispositivi a semiconduttore 5

Cella solare

Dispositivi a semiconduttore 6

Cella solare : max potenza utilizzabile

Dispositivi a semiconduttore 7

F =ImVm

ISCVOC

Fill factor:

€

Vm =VOC −1

βln(1+ βVm )

Im ≈ IL (1−1

βVm)

β =q

kBT

Dispositivi a semiconduttore 8

Misura del fill factor

Rs

RSH RL

F≈0.8 OK : stima quanto è quadrata la caratteristicaF determina anche =Pmax/Pinc=FxIscVOC/Pinc

Dispositivi a semiconduttore 9

Casi reali

Dispositivi a semiconduttore 10

Shunt and series resistance

LS

S IKT

IRVeII −⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−⎟

⎠

⎞⎜⎝

⎛ −= 1

)(exp

Dispositivi a semiconduttore 11

Dispositivi a semiconduttore 12

Confronto caratteristiche ideali e reali

Dispositivi a semiconduttore 13

Potenza

Pmax

Dispositivi a semiconduttore 14

CIS:Copper-indium selenide

Dispositivi a semiconduttore 15

Un po’ di informazioni:Sole:BB @5800K (AM0: air mass 0)

Energia che raggiunge la terra:

1.8x1017 W year ( 104 volte fabbisogno energetico)

Densità energia all’atmosfera: ≈1370 W/m2

Dispositivi a semiconduttore 16

Definizione di Air Mass 0 (AM0) e Amx

X=1/sen(s)

Dispositivi a semiconduttore 17

Quale materiale per celle solari?

Dispositivi a semiconduttore 18

Efficienza cella solare: dipende da Eg

Si= 31%@C=1 @AM 1.5 Pinc=844 W/m2

Dispositivi a semiconduttore 19

Struttura cella solare

Dispositivi a semiconduttore 20

Struttura cella solare

Dispositivi a semiconduttore 21

Celle multigiunzione

Dispositivi a semiconduttore 22

Dispositivi a semiconduttore 23

Dye-sensitized solar cell: DSSC ( Grätzel cell)

Dispositivi a semiconduttore 24

Componenti:• Dye-tunabilità• TiO2

• Elettrolita• Supporto conduttivo ( Vetro)

Confronto Si: Lower costLower impact for recyclingHigher flexibility

But:Lower efficiency

Dispositivi a semiconduttore 25

TiO2: fotocatalisi

Dispositivi a semiconduttore 26

Supporto rigido

Ma anche flessibile

Dispositivi a semiconduttore 27

Dispositivi a semiconduttore 28

Standard Home-Made DSSC

Dispositivi a semiconduttore 29

Best DSSC

Dispositivi a semiconduttore 30

Ottimizzazione raccolta con concentratori

Dispositivi a semiconduttore 31

Dispositivi a semiconduttore 32

Dispositivi a semiconduttore 33

Dispositivi a semiconduttore 34

Concentrazione500x

Dispositivi a semiconduttore 35

Dispositivi a semiconduttore 36

A che prezzo?

Dispositivi a semiconduttore 37