NUOVI CONCETTI NELLA CONVERSIONE FOTOVOLTAICA

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1 COMUNE DI SERRAVALLE SESIA PROVINCIA DI VERCELLI LABORATORIO TERRITORIALE Assessorato all Ambiente Centro di Educazione Ambientale della Provincia di Vercelli NUOVI CONCETTI NELLA CONVERSIONE FOTOVOLTAICA Elena Tresso Politecnico di TORINO

2 3 generazioni di celle solari Efficienze PV in laboratorio sotto illuminazione AM 1.5 per diverse tecnologie Organic-Based Photovoltaics:Toward Low-Cost Power Generation -MRS Bulletin 30, 2005 Valori AM (air mass) dello spettro solare Solar spectra are defined by an air mass (AM) value, which is a measure of the length of the path through the earth s atmosphere that the solar radiation travels. The value is calculated as 1/cos z, where z is the zenith angle between a line perpendicular to the earth s surface and a line intersecting the sun. AM1 : la radiazione solare è diretta ortogonalmente alla superficie terrestre AM1.5 : condizione usata di solito per test su fotovoltaico di uso terrestre (intensità ( di 1000 W/m 2 ; 1 sun) AM0 è lo spettro fuori dell atmosfera, utilizzato per fotovoltaico da impiego nello spazio.

3 3 generazioni di celle solari ANALISI COSTI-EFFICIENZA Thermodynamic limit Schockley-Quesseir limit IIIa: elevati rendimenti, nuovi concetti di conversione IIIb: efficienze moderate ma costi ridotti M.A. Green, Third generation photovoltaics: concepts for high efficiency at low cost, Proc. Electrochem. Soc. 10 (2001) p. 3 PRIMA GENERAZIONE: il Silicio cristallino

4 Effetto fotovoltaico Nei semiconduttori è possibile la generazione di una coppia elettrone lacuna dovuta all assorbimento di un fotone o la generazione di un fotone dovuta alla ricombinazione di una coppia elettrone lacuna.

5 SECONDA GENERAZIONE: il film sottile

6 NUOVI CONCETTI IN CAMPO FOTOVOLTAICO EFFICIENZE PIU ELEVATE: COSTI PIU BASSI: NUOVE OPPORTUNITA DI MERCATO: INGEGNERIZZAZIONE DELLE BANDE CELLE A MULTIGIUNZIONE NANO-ARCHITETTURE: q-dots, super-reticoli MATERIALI ORGANICI (polimeri) TECNICHE DI STAMPA TiO2-DYE (DSC, CELLE DI Graetzel ) CELLE FLESSIBILI BUILDING INTEGRATED PHOTOVOLTAICS OGGETTI DI NICCHIA PREVISIONI (OTTIMISTICHE) M.Graetzel, DSC Industrialisation Conference, St.Gallen, Switzerland, 2007

7 3 generazioni di celle solari Tecnologie esistenti: waferwafer-based crystalline silicon, thinthin-film silicon, thinthin-film CIGSS e thinthin-film CdTe Tecnologie nuove ed emergenti: Advanced version of existing technologies, organic PV, Dye Sensitised Solar Cells, hothot-carrier devices, spectrum converters, etc. No clear technological winners or losers can yet be identified VERSO EFFICIENZE PIU ELEVATE

8 CELLE TANDEM Sono anche dette celle a multigiunzione Celle singole con diversi energy gap, impilate in modo che i fotoni non assorbiti dalla cella più in alto siano trasmessi alla cella che si trova sotto. Performance ottimizzate per assemblaggio in ambiente spaziale o per uso terrestre con concentratori. Spectrolab ha ottenuto efficienze del 40.7% nel dicembre Il risultato è confermato dal National Renewable Energy Laboratory, ed ottenuto a concentrazione di 240x e a 25 C. SPECTROLAB Sylmar, CA, U.S.A. nude PREZZI: 120 celle nude assemblies $5000 per 15 concentrator cell assemblies Necessità di sistemi inseguitori (2-axis) e di raffreddamento

9 NANONANO-ARCHITETTURE Quantum-DOT: Cristalli (Si) delle dimensioni di 2-10 nanometri, circa atomi di diametro. SUPER-RETICOLI di q-dot: Possibilità di tunnel tra un qdot e l altro, diverso valore dell energy gap. M.A.Green, 22nd European Photovoltaic Solar Energy Conference, September 2007, Milan, Italy CELLE TANDEM A QQ-DOTS IN Si Due celle solari a diverso gap, controllando le dimensioni dei qdot, realizzate sopra una terza cella in Si cristallino. M.A.Green, 22nd European Photovoltaic Solar Energy Conference, September 2007, Milan, Italy

10 VERSO COSTI PIU BASSI Nuovi concetti nelle celle solari Polimeri semisemi-conduttori e materiali nanostrutturati

11 Nuovi concetti nelle celle solari DYE SENSITIZED SOLAR CELLS: Ossido di titanio (TiO2) e colorante una tecnica di fabbricazione molto semplice

12 Celle solari nanostrutturate e trasparenti......facilmente integrabili...

13 ...colorate... VERSO NUOVE OPPORTUNITA DI MERCATO

14 CELLE FLESSIBILI Power Fiber : tessuto fotovoltaico Rather than being layered onto a plastic substrate, Power FiberTM is made by coating the primary electrode with consecutive layers of active material, the transparent electrode, and the transparent substrate. Fabrics can have the same look and feel while being able to produce power

15 Nuove applicazioni per le celle solari SOLAR BRICKS Regular price: 175 USD

16 Nuove applicazioni per le celle solari INTEGRAZIONE nella ARCHITETTURA

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23 CONCLUSIONI

24 DOE Solar Energy Technologies Program, 2007 The history of PV technologies started in 1839 with Becquerel: it has absolutely not ended, the future is just at the beginning La storia è iniziata nel 1839 con Becquerel: non è affatto finita, siamo solo agli inizi