Materiali e tecniche per sistemi di
conversione fotovoltaica di nuova
generazione
PRIN 2007
Coordinatore Scientifico Prof. G. Martinelli Università di
Ferrara
Obbiettivo della ricerca
Realizzazione di un sistema fotovoltaico
formato da un array di monogiunzioni
(con band gap opportuno) in parallelo
corredato di separatore spettrale e
concentratore della radiazione solare
… piu’ in dettaglio …
•
Sviluppo di nuovi materiali semiconduttori da affiancare al tradizionale
silicio, per coprire lo spettro solare. Studio di tecniche, le più semplici
possibili, atte ad una migliore separazione degli intervalli di energia dei
fotoni. Ci si aspetta innanzitutto di realizzare in forma di film sottili e/o
nanostrutturati, e di caratterizzare dal punto di vista morfologicostrutturale, elettronico e ottico una nuova generazione di materiali, a
differenti band gap (per esempio Fe2O3, CuO, V2O5).
•
Crescita cristalli di ossidi metallici aventi un elevato rapporto superficievolume (nanowires) allo scopo di aprire nuove prospettive per la sintesi di
sistemi ibridi per applicazioni fotovoltaiche, mediante l'inglobamento dei
nanowire in matrici di polimero attivo.
•
Realizzazione di sistemi dicroici utili alla separazione della radiazione solare
in bande adatte ad essere assorbite dai nuovi materiali realizzati.
•
Unità Operativa I - Universita` di Ferrara - Responsabile: Prof. Giuliano Martinelli
– Coordinamento del progetto, Realizzazione e sviluppo del sistema: filtri, concrentratori
ed elettronica
– Misure ottiche ed elettriche
•
Unità Operativa II - Universita` di Brescia - Responsabile: Prof. Giorgio
– Produzione di materiali attivi per la conversione fotovoltaica:
– Fabbricazione di rivestimenti compatti di ossidi metallici semiconduttori puri e
addittivati tramite evaporazione-condensazione o tramite sputtering deposition
– Ottimizzazione dei parametri di deposizione per ottenere ossidi di rame, ferro, zinco, o
vanadio di elevata qualità cristallina.
– Preparazione di nanostrutture quasi 1-dimensionali di ossidi metallici omogeneamente
drogate.
•
Unita` Operativa III - Universita` di Torino Responsabile: Prof. Giovanna Ghiotti
– Caratterizzazione delle proprietà ottiche e, più in generale, delle proprietà elettroniche
(mediante spettroscopia UV-Vis-NIR in assorbimento, riflettanza diffusa e fluorimetria,
spettroscopie FT-IR ed EPR) dei materiali semiconduttori preparati presso l'UdR di
Brescia
•
Unita' Operativa IV - CNR - IMM Responsabile: Dott. Migliori A. – Dott. Morandi V.
– Si prefigge di caratterizzare in modo completo, attraverso le diverse tecniche di
microscopia elettronica disponibili, i materiali attivi per la conversione fotovoltaica che
verranno preparati nell'ambito di questo progetto: film di ossidi metallici e
nanostrutture quasi 1-dimensionali di ossidi metallici.
– Da una parte si cerchera' di dare informazioni su quelle che sono le maggiori criticita'
dei materiali utilizzati nelle multi-celle per applicazioni fotovoltaiche, e cioe’ la struttura
cristallografica dei diversi strati di materiali e la loro compatibilita', la composizione ed i
diversi livelli di drogaggio.
– Dall'altra parte, trattandosi di nuovi materiali, l'intento sara' quello di guidare i processi
tecnologici di realizzazione e di ottimizzare il rendimento dei materiali in base alle loro
caratteristiche strutturali e composizionali.
La successione temporale delle attività dell’ IMM-BO nei due anni del progetto puo'
essere schematicamente riassunta :
Da inizio progetto al 12-esimo mese di attività: Caratterizzazione convenzionale TEM dei
materiali attraverso tecniche di contrasto di diffrazione ed alta risoluzione coerente allo
scopo di studiare il grado di cristallinita' dei diversi layer, la loro compatibilita', le interfacce
tra materiali differenti e la presenza e l'influenza di difetti. - Caratterizzazione
convenzionale SEM per studiare composizione e morfologia dei diversi tipi di materiali e
dei diversi layer allo scopo di ottimizzare i parametri di processo.
Dal 13-esimo mese di attività a termine progetto: - Utilizzo di tecniche di Contrasto Z in
scansione in trasmissione sia ad alta che a bassa energia allo scopo di ottenere
informazioni di tipo quantitativo come profili di drogaggio e mappe composizionali delle
diverse tipologie di materiali e dei diversi layers su scale nanometriche e subnanometriche. - Utilizzo di tecniche interferometriche, ed in particolare dell'olografia
elettronica, allo scopo di ottenere informazioni sui profili di concentrazioni dei droganti
elettricamente attivi nelle giunzioni p-n all'interno delle strutture multistrato realizzate. Utilizzo di tecniche spettroscopiche, quali EDX ed EELS, per ottenere informazioni
composizionali qualitative e quantitative complementari a quelle ottenute con le
precedenti tecniche.
Unità
Fondi assegnati
1- Univ Ferrara
53.370 €
2- Univ- Brescia
48.510 €
3- Univ- Torino
33.470 €
4- CNR-IMM Bologna
34.650 €
Co- Finanziamento
17.350 €
170.000 €
Richiesti 245.000 €
Pers. IMM-BO
1° Anno (mesi)
2° Anno (mesi)
Andrea Migliori
7
7
Vittorio Morandi
3
3
Luca Ortolani
11
9
Scheda di Valuzione