Tecnologia fotovoltaica. il fotovoltaico

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1 il fotovoltaico

2 Etimologia La termine fotovoltaico deriva dalla parola greca φως (fos) che significa luce, e dalla parola voltaico, che si riferisce al fisico italiano Alessandro Volta ( ), inventore della pila elettrica, che diede successivamente nome al Volt, l unità di misura che nel S.I. esprime la differenza di potenziale (tensione).

3 Ecco le principali tappe della tecnologia fotovoltaica: Nel 1839 Il francese Alexandre Edmond Bécquerel nota che della corrente elettrica è generata durante alcune reazioni chimiche indotte dalla luce. Scopre così l'effetto fotogalvanico negli elettroliti liquidi. Nel l inventore statunitense Charles Fritts produce la prima cella solare di circa 30 cm 2 a base di selenio con efficienza di conversione circa 1%.

4 Nel 1905 Albert Einstein ( ) pubblica la sua teoria sull effetto fotoelettrico che valse il Nobel nel Effetto fotoelettrico Emissione di elettroni da una piastra metallica investita da radiazione elettromagnetica (fotoni)

5 La prima cella solare di utilizzo pratico ed industrializzabile venne creata presso i Laboratori Bell nel Tale cella, basata su una giunzione PN di silicio, presentava un efficienza di conversione di circa il 6%, e si può considerare la capostipite delle celle di prima generazione tutt ora utilizzate. Uno dei suoi primi impieghi fu a bordo del satellite americano Vanguard 1, lanciato nel 1958, ed equipaggiato con celle solari della Hoffman. La prima cella commercializzata fu della Sharp, nel 1963.

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8 Materiale Simbolo Banda proibita E g (25 C) Germanio Ge 0.67 ev Silicio cristallino Si-c 1.12 ev 1 ev = J Silicio amorfo Diamante Si-a C 1.70 ev 5.50 ev

9 Effetto fotoelettrico h ν v e m e E g 1. L'energia degli elettroni uscenti è indipendente dall intensità della radiazione (luce) e dipende dalla sua frequenza (energia del fotone); 2. L intensità del flusso elettronico emesso (numero di elettroni) dipende dall'intensità della radiazione incidente. La radiazione elettromagnetica è quantizzata in fotoni: E = h ν h = costante di Planck = J s ν = frequenza della radiazione, Hz λ = lunghezza d onda = c/ν = /ν, m ½ m e v e 2 = h ν - E g

10 L energia solare Spettro della radiazione solare per liberare elettroni: h ν > E g Radiazione solare al di fuori dell atmosfera h c/λ λ > E g λ < h c/e g λ < 1242/E g [nm] [ev] Si-a 730 Si-c 1100 λ [ λ [nm]

11 E E N E E P

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13 0 D

14 I D I sh I PV = I ph I D I sh 0

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17 Evoluzione della tecnologia fotovoltaica: I generazione: silicio cristallino (mono e poli), ~150 µm - monocristallino: ottenuto da un wafer con struttura cristallina omogenea - policristallino: ottenuto da un wafer con grani localmente ordinati. II generazione: film sottile (silicio amorfo), ~1-2 µm - amorfo, atomi silicei deposti chimicamente in forma amorfa, ovvero strutturalmente disorganizzata, sulla superficie di sostegno. III generazione: multigiunzione, materiali organici, nanomat. - svariate tecnologie in rapidissimo sviluppo, maggiore svantaggio: durata. Memo cristallino 2010 costo moduli: /Wp, (moduli 50% del costo totale) dati elettrici: 0.6 V/cella, 5 A/dm 2

18 Cella Silicio monocristallino Efficienza: 14-18% (24%) Modulo

19 Cella Silicio policristallino Efficienza: 12-16% (20%) Modulo

20 Modulo rigido Silicio amorfo (film sottile) Efficienza: 5-8% (12%) Modulo flessibile a striscia