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
1
Condizioni lavoro cella solare: IV quadrante
Caratteristica I-V giunzione
Q(VBI-V0C)
V0C: potenziale a circuito aperto ≤VBI
Dispositivi a semiconduttore
2
Circuito equivalente cella solare
IL
ID
I
Rs
RSH
Caso ideale RSH ( perdite) infinita e Rs=0
(R.serie): la corrente I=ID-IL
Dispositivi a semiconduttore
RL
3
Cella solare
Dispositivi a semiconduttore
5
Cella solare : max potenza utilizzabile
Dispositivi a semiconduttore
6
Fill factor:
Vm  VOC 
I mVm
F
I SCVOC
Im  IL (1

1

ln(1 Vm )
1
)
Vm
q
kB T

Dispositivi a semiconduttore
7
Misura del fill factor
Rs
RSH
RL
F≈0.8 OK : stima quanto è quadrata la caratteristica
F determina anche =Pmax/Pinc=FxIscVOC/Pinc
Dispositivi a semiconduttore
8
Casi reali
Dispositivi a semiconduttore
9
Shunt and series resistance

 e(V  RS I )  
I  I S  exp 
  1  I L
KT

 

Dispositivi a semiconduttore
10
Dispositivi a semiconduttore
11
Confronto caratteristiche ideali e reali
Dispositivi a semiconduttore
12
Pmax
Potenza
Dispositivi a semiconduttore
13
CIS:Copper-indium selenide
Dispositivi a semiconduttore
14
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
15
Definizione di Air
Mass 0 (AM0) e Amx
X=1/sen(s)
Dispositivi a semiconduttore
16
Quale materiale per celle solari?
Dispositivi a semiconduttore
17
Efficienza cella solare: dipende da Eg
Si= 31%
@C=1
@AM 1.5
Pinc=844 W/m2
Dispositivi a semiconduttore
18
Struttura cella solare
Dispositivi a semiconduttore
19
Struttura cella solare
Dispositivi a semiconduttore
20
Celle multigiunzione
Dispositivi a semiconduttore
21
Dispositivi a semiconduttore
22
Dye-sensitized solar cell: DSSC ( Grätzel cell)
Dispositivi a semiconduttore
23
Componenti:
• Dye-tunabilità
• TiO2
• Elettrolita
• Supporto conduttivo ( Vetro)
Confronto Si:
Lower cost
Lower impact for recycling
Higher flexibility
But:
Lower efficiency
Dispositivi a semiconduttore
24
TiO2: fotocatalisi
Dispositivi a semiconduttore
25
Supporto rigido
Ma anche flessibile
Dispositivi a semiconduttore
26
Dispositivi a semiconduttore
27
Standard Home-Made DSSC
Dispositivi a semiconduttore
28
Best DSSC
Dispositivi a semiconduttore
29
Ottimizzazione
raccolta con
concentratori
Dispositivi a semiconduttore
30
Dispositivi a semiconduttore
31
Dispositivi a semiconduttore
32
Dispositivi a semiconduttore
33
Concentrazione
500x
Dispositivi a semiconduttore
34
Dispositivi a semiconduttore
35
A che prezzo?
Dispositivi a semiconduttore
36
Dispositivi a semiconduttore
37