Nanotecnologie per il fotovoltaico organico

Dimensione: px

Iniziare la visualizzazioe della pagina:

Download "Nanotecnologie per il fotovoltaico organico"

Ottavia Arcuri
8 anni fa
Visualizzazioni

1 4 convegno tematico "Energia solare" 23 settembre 2011 Camera di Commercio - Trieste Nanotecnologie per il fotovoltaico organico Enrico Sovernigo, Simone Dal Zilio, Alessandro Pozzato, Massimo Tormen

per il fotovoltaico organico Enrico Sovernigo,

2 Sommario: Tre generazioni di celle solari. Attuali problematiche in celle solari organiche. Celle solari nanostrutturate: Nanomoduli e celle interdigitate. Microlenti per trappole di luce. LILit Lab. Interdisciplinare di Litografia.

3 Tre generazioni di celle solari 1st gen. Silicon wafers 125 µm Prof. Martin A. Green New South Wales University, Australia Third Generation Photovoltaics 2003 Springer 2nd gen. Thin films 2 µm 3rd gen. Multijunction Dye-sensitized Organic Bulk Heterojunctions

4 Prima generazione: wafers di Silicio 1st gen. Silicon wafers 125 µm 2nd gen. mono-si Thin films 2 µm poly-si 3rd gen. Multijunction Record eff. 25.0% (UNSW PERL) Dye-sensitized Organic Bulk Heterojunctions

5 Seconda generazione: Film Sottili 1st gen. Silicon wafers 125 µm a-si CIGS CdTe 2nd gen. Thin films 2 µm 3rd gen. Multijunction Record eff. 20.3% (CIGS, ZSW) Dye-sensitized Organic Bulk Heterojunctions

6 Terza generazione 1st gen. Silicon wafers 125 µm 3a generazione: Architetture innovative 2nd gen. Nuove classi di materiali Thin films 2 µm 3rd gen. Multijunction Dye-sensitized Organic Bulk Heterojunctions

7 Terza generazione: Multigiunzioni 1st gen. Silicon wafers 125 µm 2nd gen. Thin films 2 µm 3rd gen. Multijunction Record eff. 42.3% (406x Spire) Dye-sensitized Organic Bulk Heterojunctions

8 Terza generazione: Ibride 1st gen. Silicon wafers 125 µm 2nd gen. Thin films 2 µm 3rd gen. Multijunction Dye-sensitized Organic Bulk Heterojunctions Record eff. 11.2% (Sharp)

9 Terza generazione: Organiche 1st gen. Silicon wafers 125 µm 2nd gen. Thin films 2 µm 3rd gen. Multijunction Dye-sensitized Organic Bulk Heterojunctions Record eff. 8.3% (Konarka)

10 Tre generazioni di celle solari 1st gen. Silicon wafers 125 µm Più sottili, più complesse e (potenzialmente) economiche 2nd gen. Thin films 2 µm 3rd gen. Multijunction Dye-sensitized Organic Bulk Heterojunctions

11 ...4 a generazione? ma ancora semplici e costose rispetto la natura! Cyanobacteria photosystem II, Monomer, PDB 2AXT.

12 ...4 a generazione? ma ancora semplici e costose rispetto la natura! Cyanobacteria (Blue Algae) modificato geneticamente per secernere etanolo, diesel o combustibile per jet da luce solare e CO 2 Berry et al. US Patent nr , 2009.

13 Semiconduttori per il fotovoltaico Organici Piccole molecole (CuPC, C60, ) Polimeri (P3HT, PVP, ) Inorganici Si CdTe CuInSe 2 Cu 2 ZnSnS 4

14 Celle organiche a giunzione diffusa D eff. >5% A

15 Problematiche attuali 1. Ricombinazione all interfaccia D/A [Cowan, Phys. Rev. B 82 (2010) ] 2. Larghezza spettro di assorbimento Compromesso sullo spessore: Ricombinazione di trasporto Assorbimento della luce

16 Problematiche attuali 1. Ricombinazione all interfaccia D/A [Cowan, Phys. Rev. B 82 (2010) ] 2. Larghezza spettro di assorbimento Compromesso sullo spessore: Ricombinazione di trasporto Assorbimento della luce

17 Problematiche attuali 1. Free carrier recombination at D/A interfaces [Cowan, Phys. Rev. B 82 (2010) ] 2. Larghezza spettro di assorbimento eff. 8.3% [Peet, Nature Materials 6 (2007) 497]

[Cowan, Phys. Rev. B 82 (2010) 245207] 2.

18 Nanomoduli - concetto Parallel light to current active layer thickness tradeoff transparent electrode V and ma per cm 2 Sovernigo, Dal Zilio, Tormen et al., Proc. 25th EU PVSEC (2010) Orthogonal light to current no transparent electrodes kv and µa per cm 2 W LOSS = R s I 2 Tandem stack sub-wavelength effects

19 Nanomoduli - concetto

20 Nanomoduli - fabbricazione

21 Nanomoduli - nanoimprinting Filling of structures Electrical isolation Encapsulation P3HT-PCBM (Tg 40 C) PVA (Tg 80 C)

22 Nanomoduli - misure V oc = 968 V!! should be 10 kv

23 Interdigitate High interface area density. No isolated domains. Silicon master realized at TASC by anisotropic dry etching of self assembled block co-polymer templates Pillar-like structures transferred in a polymeric electron donor (P3HT) by thermal imprinting (80 C) In collaboration with Dott. Mazzeo (CNR-NNL)

24 Microlenti per trappole di luce

25 LILit Lab. Interdisciplinare di Litografia Strutture e sistemi per micro e nano fabbricazione 4 camere pulite Beamline litografia raggi-x Litografia UV, elettronica, ionica, interferenziale... Nano-imprinting, Thunder-NIL Deposizioni e crescite Dott. Massimo Tormen Scientist and Group Leader Tel tormen@tasc.infm.it Fotovoltaico Simulatore solare Efficienza quantica Glove-box e spin-coater Evaporatore organici e metalli

26 Efficiency trends

27 Enrico Sovernigo, PhD CNR-IOM LILit - NIL group SS14 km Basovizza Trieste sovernigo@tasc.infm.it Grazie!

28 Nanomoduli - misure Problems: Uncomplete filling Shunt Duty cycle Solutions: PET instead of PVA 20% duty cycle structure 300 nm pitch

29 Interdigitated D/A interface Uncomplete filling

30 The core-hole clock

Documenti analoghi

Nuove frontiere dei materiali fotovoltaici

Nuove frontiere dei materiali fotovoltaici Aldo Di Carlo - Centre for Hybrid and Organic Solar Energy Regione Lazio Università degli studi di Roma «Tor Vergata» e DYEPOWER, Roma Efficienza Celle Multigiunzioni