Anodo. Catodo. Elettroni in eccesso I = 0. Lacune in eccesso

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1 Anodo Catodo Elettroni in eccesso E - + V I = 0 Lacune in eccesso

2 Anodo Lacune attivate termicamente E V - + I ~ 0 = I sat Indipendente da V Elettroni attivati termicamente

3 Anodo Elettroni E + - V Lacune

4 p n

5 Lacuna entra nel circuito p Elettrone attraversa la giunzione e sul retro della cella si ricombina con la lacuna n La luce genera cariche in più corrente una DV alla giunzione

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7 J = J 0 e q(v JR s) nkt 1 + V JR s R p Origine della resistenza in serie, Rs: (FF e Jsc) La resistenza di contatto tra il silicio e gli elettrodi metallici La resistenza degli elettrodi metallici sul retro e sul fronte della cella solare La resistenza offerta al movimento delle cariche tra la base e l emittirore Origine della resistenza in parallel, Rp: (FF) Difetti di fabbricazione, possono dare origine a percorsi alternative alla corrente PCE = P max P in = FF FF = 100 P max J sc V oc J sc V oc P in

8 Simulatore solare AM 1.5 AM= L/L0 = 1/cos z Lunghezza del cammino della radiazione solare al livello del mare ad un angolo z rispetto alla normale alla superficie terrestre ( zenith)

9 EQE l = 100 hc J sc l e l P in l Probabilità per un fotone incidente di lunghezza d onda λ (o energia E ) di immettere un elettrone nel circuito - Proprietà di assorbimento ottico - Caratteristiche optoelettroniche della cella M. A. Green et al., Prog. Photovolt: Res. Appl. 20, (2012)

10 Energie rinnovabili Amiche dell ambiente Infrastrutture decentralizzate Si policristallino PCE 16% Difficili ulteriori riduzioni di costi Difficili migliorie per renderle più efficienti Si monocristallino PCE 25% Bisogna trovare nuove strade

11 Forme allotropiche del Carbonio Nero-metallico Si sfoglia bene Buon conduttore elettrico e termico alta temperatura di fusione (3500 C) Flessibile ma non elastica Durezza 1-2 scala Mohs C 60 D: 0.7nm proprietà fotovoltaiche biologiche (es. inibitore dell'hiv proteasi) Superconduttor e con metalli alcalini. T = 18K Altissima conducibilità elettrica e termica nella direzione assiale alta temperatura di fusione in vuoto (2700 C) Molto resistente alla trazione Flessibile Trasparente Compatto Isolante a 870 C in O brucia a 3500 C senza O sublima Durezza 10 scala Mohs Trasparente Eccellente conduttore elettrico e termico Molto resistente alla trazione Flessibile

12 Nanotubi di carbonio <d> = 1 2,5 nm Graphitic sheet Single Wall CNT 1993 Ijima NEC ID > 4-5 nm OD < nm Multi wall CNT 1991 Ijima (NEC) e Bethune (IBM)

13 C ma n 1 a 2 (m,n) STM images

14 METAL OR SEMICONDUCTOR? Eg dipende dal diametro e dalla elicità così come la spaziatura tra la prima coppia di singolarità di van Hove che varia da meno di 0.1 ev a più di 2 ev

15 SINTESI S. Iijima, Nature (1991) SCARICA AD ARCO ABLAZIONE LASER

16 SINTESI S. Iijima, Nature (1991) Metodo CVD Un gas o un vapore contenente carbonio(c 2 H 2,CH 4,CO,pentane ) è dissociato su un supporto in cui sono presenti delle nanoparticelle metalliche, che agiscono come centri di nucleazione, mantenuto a T dai 500 ai 1200 C per un tempo chevariadaminuti aore

17 Synthesis of MWCNT in UHV by CVD C 2 H 2 Silicon Fe catalyst nm deposited at RT in UHV conditions Substrate temperature during growth: T = 650 o C 850 o C C 2 H 2 atmosphere C 2 H 2 pressure= Torr

18 Multiwalled nanotubes (MWNTs) consist of multiple layers of graphite rolled in on themselves to form a tube shape.

19 Temperature of the substrate Time of exposure C 2 H 2 pressure

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21 Celle solari ibride SWCNT/Si Metal contact (Cr/Au) SWCNT n-si SiO 2 Ohmic metal contact (n+si/cr/au) Riduzione del materiale di Si Riduzione dei costi per i processi di realizzazione della giunzione p-n che necessitano di T ~1000 C Efficienze promettenti (11-15%) nelle celle solari di laboratorio Alta stabilità nel tempo Parziale riutilizzo degli impianti industriali già esistenti

22 Come otteniamo il film di CNT? Sospensione acquosa di SWCNT e surfattante (SDS) Sospensione dispersa con gli ultrasuoni Controlliamo il volume di sospensione che depositiamo su una membrana porosa Metodo di deposizione stampa per trasferimento asciutto Basso costo Rapido Processo a temperatura ambiente Scalabile Altamente riproducibile

23 Celle solari ibride SWCNT/Si SWCNT diameter: nm 85-90% semiconductor SWCNTs Major chiralities: (7,6), (7,5) & (6,5) e-h 300 nm Formazione di eterogiunzioni all interfaccia V+ g V- heterojunction at the CNT/n-Si interface CNT n-si

24 Optical absorbance (arb. units) S 33 M 11 S 22 (7,6)+(7,5) (6,5) (7,5) (6,5) S 11 (7,6) CNT network properties SWCNT diameter: nm 85-90% semiconductor SWCNTs Major chiralities: (7,6), (7,5) & (6,5) Photon wavelength (nm) T λ = 1 + Z 0 σ ac 2 R sh σ dc λ 2 Z 0 = 377 W free space impedence σ ac λ optical conductivity σ dc electrical conductivity R sh = (σ dc d) -1 Sheet Resistance (kw/sq) R sh T@550nm CNT network thickness (nm) T@550nm (%)

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26 Celle solari ibride SWCNT/Si Come si ottiene il film di nanotubi Come si realizza la cella Come si misurano le curve corrente-tensione (J-V) e la EQE Come si calcola l efficienza della cella a partire dalla curva J-V

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28 C.Zhao et al., J.Am.Chem.Soc 46, 5125 (2005)

29 Gas sensors E.S.Snow, F.K.Perkins, J.A.Robinson Chem.Soc.Rev.35,790 (2006)

30 Exposition of the film to NH3 vapors shifts the chemical potential ε from the Fermi level E F towards the valence band, increasing the hole number (upper panel). Conversely, exposition of the film to NO2 vapors shifts ε from E F towards the conductance band, increasing the electron number (lower panel).