CELLE SOLARI FUNZIONAMENTO E MATERIALI

CELLE SOLARI FUNZIONAMENTO E MATERIALI

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Codice
61933
ANNO ACCADEMICO
2016/2017
CFU
6 cfu al 1° anno di 9017 SCIENZA E INGEGNERIA DEI MATERIALI (LM-53) GENOVA

6 CFU al 2° anno di 9012 FISICA (LM-17) GENOVA

6 CFU al 1° anno di 9012 FISICA (LM-17) GENOVA

SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE
FIS/03
LINGUA
Italiano
SEDE
GENOVA (SCIENZA E INGEGNERIA DEI MATERIALI )
periodo
2° Semestre

PRESENTAZIONE

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.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

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.

Modalità didattiche

Organizzazione della didattica: lezioni frontali per circa 45 ore

Metodi di valutazione: prova orale

PROGRAMMA/CONTENUTO

  • 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).

TESTI/BIBLIOGRAFIA

• “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)

DOCENTI E COMMISSIONI

Ricevimento: Su appuntamento da richiedere per email a: buatier@fisica.unige.it

Commissione d'esame

FRANCESCO BUATIER DE MONGEOT (Presidente)

CARLO MENNUCCI

DAVIDE COMORETTO

CORRADO BORAGNO

LEZIONI

Modalità didattiche

Organizzazione della didattica: lezioni frontali per circa 45 ore

Metodi di valutazione: prova orale

INIZIO LEZIONI

indicativamente nella prima settimana di marzo

ESAMI

Modalità d'esame


prova orale