III-V MULTIJUNCTION Solar cells
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- Geraldo Alberti
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1 III-V MULTIJUNCTION Solar cells Structure and method of operation MAY 10, 2018 Franco Gelardi DIPARTIMENTO DI FISICA E CHIMICA UNIVERSITÀ DI PALERMO 1
2 Giunzione p-n Accoppiando un semiconduttore drogato-p con uno drogato-n si forma una cosidetta giunzione p-n, schematizzata in figura le coppie elettrone-lacuna (e - _h + ) che si creano nella zona di svuotamento verranno separate e le cariche positive e negative spinte fuori dalla quella zona in due versi opposti, le lacune verso la zona p, gli elettroni verso la zona n. N.B. I due contributi alla corrente totale sono concordi Prof. Franco Gelardi Dip.to di Fisica e Chimica, Università di Palermo
3 La fotocorrente L energia termica kt 25 mev a T=300 K è molto minore dell energia di gap E g MA L energia necessaria alla creazione di una coppia elettrone-lacuna puo essere fornita da radiazione e.m. che abbia energia maggiore o uguale a E g ABBIAMO SCOPERTO L EFFETTO FOTOVOLTAICO E POSSIAMO AVERE UNA FOTOCORRENTE!!!!! In maniera complementare, in un processo di ricombinazione di coppie elettrone- lacuna un energia E g potrà essere rilasciata sotto forma di radiazione emessa. Sulla base di questi fenomeni, si potrà generare corrente facendo incidere sulla giunzione (o diodo) della luce (fotodiodo, cella fotovoltaica), ovvero si può fare emettere luce ad un semiconduttore (LED). Prof. Franco Gelardi Dip.to di Fisica e Chimica, Università di Palermo
4 SIAMO FORTUNATI: la radiazione e.m. visibile ha le caratteristiche che ci servono 1.75 ev hν 3.1 ev Prof. Franco Gelardi Dip.to di Fisica e Chimica, Università di Palermo
5 PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DELLA CELLA SOLARE Prof. Franco Gelardi Dip.to di Fisica e Chimica, Università di Palermo
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7 SCHEMA ELETTRICO E CARATTERISTICA I-V DI UNA CELLA FOTOVOLTAICA I + V - La caratteristica elettrica corrente-tensione (I-V) della cella è caratterizzata da: Isc: corrente di corto circuito Voc: tensione a circuito aperto Imax: corrente nel punto di massima potenza Vmax: tensione nel punto di massima Potenza Prof. Franco Gelardi Dip.to di Fisica e Chimica, Università di Palermo
8 Prof. Franco Gelardi Dip.to di Fisica e Chimica, Università di Palermo
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15 Current (ma) Current (ma) x2 cm 2 Single-Crystal Si Cell 10 8 Emcore_01 (Emcore) sun with Xe-Lamp 30 C 100 C 170 C Voltage (V) Voltage (V) Prof. Franco Gelardi Dip.to di Fisica e Chimica, Università di Palermo
16 CELLE MULTIGIUNZIONE Dimensioni tipiche cm 2 Problema : piccola superficie esposta alla radiazione Soluzione: concentriamo la luce del sole Prof. Franco Gelardi Dip.to di Fisica e Chimica, Università di Palermo
17 Impianti a concentrazione con celle a multigiunzione Le celle a multigiunzione devono essere accoppiate con ottiche di concentrazione (lenti piane di plastica o specchi) e inseguitori solari, per ottenere impianti che abbiano rendimenti accettabili e bassi costi di installazione. Prof. Franco Gelardi Dip.to di Fisica e Chimica, Università di Palermo
18 Concentrazione con ottica rifrattiva (x100) Prof. Franco Gelardi Dip.to di Fisica e Chimica, Università di Palermo
19 Concentrazione con ottica riflessiva (x2000) Specchio concavo 45x45 cm 2 Cella + frustum Controllo micrometrico z ϕ Z Scambiatore di calore a flusso d acqua x y Prof. Franco Gelardi Dip.to di Fisica e Chimica, Università di Palermo 19
20 Dipartimento di Fisica e Chimica, Università di Palermo Componenti ottiche: concentratore Specchio paraboloide fuori asse, Alta efficienza ottica (~90%); Ottima qualità dell immagine del sole ; Ingombro verticale ridotto Prof. Franco Gelardi Dip.to di Fisica e Chimica, Università di Palermo
21 Dipartimento di Fisica e Chimica, Università di Palermo Componenti ottiche: Frustum Il Sole è tondo La cella è quadrata Prof. Franco Gelardi Dip.to di Fisica e Chimica, Università di Palermo
22 Dettagli degli elementi ottici sperimentalmente utilizzati Prof. Franco Gelardi Dip.to di Fisica e Chimica, Università di Palermo
23 Prof. Franco Gelardi Dip.to di Fisica e Chimica, Università di Palermo
24 Prof. Franco Gelardi Dip.to di Fisica e Chimica, Università di Palermo
25 Progetto FAE (Fotovoltaico ad Alta Efficienza) Realizzazione di un sistema prototipo operante a una concentrazione di 2000 soli Prof. Franco Gelardi Dip.to di Fisica e Chimica, Università di Palermo
26 Prof. Franco Gelardi Dip.to di Fisica e Chimica, Università di Palermo Misure indoor
27 Prof. Franco Gelardi Dip.to di Fisica e Chimica, Università di Palermo
28 Prof. Franco Gelardi Dip.to di Fisica e Chimica, Università di Palermo
29 Prof. Franco Gelardi Dip.to di Fisica e Chimica, Università di Palermo
30 Dipartimento di Fisica e Chimica, Università di Palermo Impianto Pilota FAE outdoor: ARCA N Modulo O E S Prof. Franco Gelardi Dip.to di Fisica e Chimica, Università di Palermo
31 Prof. Franco Gelardi Dip.to di Fisica e Chimica, Università di Palermo Schema di un modulo a 20 elementi
32 Prof. Franco Gelardi Dip.to di Fisica e Chimica, Università di Palermo Particolari del modulo e dei singoli elementi
33 Risultati outdoor Prof. Franco Gelardi Dip.to di Fisica e Chimica, Università di Palermo
34 Dipartimento di Fisica e Chimica, Università di Palermo CHP: test outdoor (2000 soli) Efficienza complessiva 80% Prof. Franco Gelardi Dip.to di Fisica e Chimica, Università di Palermo
35 GRAZIE PER L ATTENZIONE finalmente!
Processi radiativi/non radiativi in competizione Effetto della struttura a bande : Gap diretto / indiretto (v. dopo)
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