Gli studenti acquisiranno la conoscenza dei meccanismi fisici alla base del funzionamento dei dispositivi fotovoltaici a semiconduttore con particolare riferimento alle celle al silicio. Saranno in grado di comprendere l’origine della limitazione dell’efficienza di conversione dei dispositivi fotovoltaici e le scelta dei materiali che permettono di massimizzare lo sfruttamento della risorsa energetica solare.
Il corso si propone di illustrare le potenzialità della risorsa solare ed i meccanismi fisici alla base della conversione della radiazione solare in energia elettrica. Verranno introdotti gli elementi di fisica dei semiconduttori necessari a descrivere il funzionamento delle celle solari con particolare riferimento a quelle in Silicio. Si fornirà infine una panoramica sui nuovi concetti e materiali studiati per aumentare l'efficienza delle celle solari.
Organizzazione della didattica: lezioni frontali per circa 45 ore Metodi di valutazione: prova orale
1- Introduzione:
energie rinnovabili, riscaldamento globale, politica energetica
2- La risorsa energetica solare:
Radiazione solare. Spettro di corpo nero; Effetti dell'atmosfera solare e terrestre: assorbimento da atomi e molecole e distribuzione spettrale della radiazione solare. Assorbimento da semiconduttori; Processi ottici; Concentrazione di radiazione solare;
3- Fisica delle celle solari:
Richiami di fisica dei semiconduttori. Assorbimento di Fotoni e Generazione di coppie elettrone lacuna; Ricombinazione di elettroni e lacune (radiativa e non radiativa). Ricombinazione a bordi di grano, difetti e superfici; Diffusione di portatori minoritari; tempi di vita e lunghezze di diffusione;
4- Struttura base di una cella solare al Silicio:
Giunzione p-n e p-i-n. Separazione di elettroni e lacune; Caratteristica I-V di una cella solare. Celle solari monocristalline; Celle solari policristalline; Limiti teorici per la conversione di energia (approccio di Schockley-Queisser); Efficienza e gap di energia; Risposta spettrale; Effetto delle resistenze parassite; effetti di temperatura;
5- Nuovi concetti e materiali per aumentare l'efficienza delle celle solari:
Perdite per riflessione; Celle solari a concentrazione. Celle solari a film sottile; Amplificazione della Raccolta fotonica in celle nanostrutturate; Cenni ad altri materiali semiconduttori di interesse fotovoltaico; Limti termodinamici all'efficienza di un convertitore solare termodinamico; Celle tandem (multigiunzione) (cenni). Celle a banda intermedia (cenni); Celle a portatori caldi (cenni); Celle a ionizzazione ad impatto (cenni).
• “Handbook of Photovoltaic Science and Engineering” Eds. A.Luque and S. Hegedus, Wiley • “The Physics of Solar cells” by Jenny Nelson (Imperial College, UK) World Scientific Press • “Materials Concepts for Solar Cells” by Thomas Dittrich (Imperial College Press)
Ricevimento: Su appuntamento da richiedere per email a: buatier@fisica.unige.it
FRANCESCO BUATIER DE MONGEOT (Presidente)
CORRADO BORAGNO
DAVIDE COMORETTO
CARLO MENNUCCI
indicativamente nella prima settimana di marzo
prova orale
