TECNOLOGIE FOTOVOLTAICHE MODERNE

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1 TECNOLOGIE FOTOVOLTAICHE MODERNE Indice 1- Prefazione Introduzione al fotovoltaico 2.1- Storia del fotovoltaico Principali applicazioni Prospettive future Nozioni Fondamentali 3.1- L effetto fotovoltaico La cella solare Calcolo del rendimento Lo spettro solare Le tre generazioni fotovoltaiche Tecnologie Inorganiche 4.1- Silicio Monocristallino Silicio Policristallino Silicio Amorfo Arseniuro di Gallio Materiali a pellicola sottile (thin-film) Multigiunzione III-IV Quantum Dots Fotovoltaico Organico Naturale 5.1- Introduzione Assorbimento della luce Spostamento primario delle cariche ai centri 25 di reazione 5.4- Stabilizzazione dell energia Conclusione Fotovoltaico organico allo stato solido 6.1- Introduzione Fotovoltaico organico molecolare Cella solare ad eterogiunzione organica Cella solare a massa eterogenea. 30

2 Cella solare ad alta efficienza Foovoltaico organico polimerico Cella solare a singolo strato Cella solare polymer-dye Cella solare multistrato e a miscela di polimeri Dispositivi fotovoltaici ibridi Introduzione ai dispositivi ibridi Cella solare polymer quantum dots Cella solare polymer sensitized TiO Cella solare a strato solido dye - sensitized Conclusioni Bibliografia. 50

3 RIASSUNTO L obiettivo di questa tesi è quello di fare una breve panoramica sulle principali tecnologie fotovoltaiche ad oggi più interessanti. Dopo una prima parte introduttiva si sono descritte le tecnologie inorganiche utilizzate per la costruzione di celle solari, queste rappresentano le tecnologie più sviluppate in quanto sono state quelle scoperte per prime. Nell ultima parte sono state analizzate quelle tecnologie che anche se ad oggi non hanno un alto grado di sviluppo rappresentano l unica via percorribile per poter sfruttare in modo intensivo questa fonte di energia. PRIMA PARTE Nella prima parte si descrive brevemente quale è stata la storia delle tecnologie fotovoltaiche, dalla scoperta dell effetto alla produzione del primo pannelo commerciale fino ad arrivare ad una generica descrizione di tutte le tecnologie attualmente studiate e prodotte per scopi commerciali, durante questa breve descrizione si introducono i concetti per cui è stato possibile classificare le tecnologie fotovoltaiche in tre diverse generazioni. Sempre nella prima parte si descrivono le nozioni fondamentali per poter discutere nei capitoli seguenti le caratteristiche delle celle solari.

4 SECONDA PARTE Nella seconda parte della tesi si descrivono le tecnologie fotovoltaiche inorganiche descrivendo per ognuna di esse i processi di produzione e le principali caratteristiche. Per tutte queste tecnologie sono stati descritti i progressi fatti elencando i miglioramenti del rendimento totale di ciascuna cella. Per queste tecnologie, visto che sono già ampiamente utilizzate in vari ambiti, dalla produzione di energia per le abitazioni civili, all alimentazione di navicelle spaziali, si sono indicati anche le caratteristiche che le distinguono come la flessibilità o il peso. In questa parte si è anche brevemente indicato quali sono i materiali con cui vengono prodotte queste celle. TERZA PARTE La terza parte è a sua volta divisa in due parti. Nella prima parte si analizza come l effetto fotovoltaico avvenga in natura e si descrivono le fasi necessarie ad una pianta per immagazzinare l energia derivante dai processi chimici della fotosintesi. Nella seconda parte invece si analizzano le tecnologie con cui si costruiscono le celle fotovoltaiche organiche. Queste nella relazione sono suddivise in tre grandi famiglie, le tecnologie organiche allo stato solido, le tecnologie polimeriche e le tecnologie ibride. Senza dubbio nel campo della ricerca si sta puntando molto su queste nuove tecnologie, in particolar modo su quelle ibride. Queste uniscono in una sola cella materiale organico e materiale inorganico in modo da mantenere estremamente basso il costo delle celle innalzando però drasticamente il loro rendimento.

5 CONCLUSIONI Nelle conclusioni sono elencate alcune riflessioni su quanto descritto nella tesi. Sono riportati alcuni schemi per far capire meglio qual è stata l evoluzione delle varie tecnologie descritte. In breve si può dire che le nuove tecnologie organiche hanno realmente la possibilità di far diventare l energia solare la reale alternativa ai combustibili fossili ad un costo contenuto con emissioni inquinanti pari a zero.

6 8. BIBLIOGRAFIA AA.VV. Storia del Fotovoltaico, da: etd.adm.unipi.it/theses/available/etd /unrestricted/i-2.1.storia_del_fotovoltaico.pdf in: 3. J.Perlin, From Space to Earth: The Story of Solar Electricity. Harvard University Press: Cambridge, MA, A. Cavallini, D. Del Col: Conversione Fotovoltaica da: in: M. A.Green, Silicon Solar Cells: Advanced Principles and Practice, Bridge Printery, Sydney, AA.VV. Abstract Digest SPIE Conference 4801 Organic Photovoltaics III da: anicphotovoltaics.pdf in: 8. AA.VV. Patterns of efficiency and degradation of composite polymer solar cells, da: in: 9. C. Honsberg, Slide del corso, in: K. Yamamoto, Thin-Film Crystalline Silicon Solar Cells, da: in: AA.VV. Advanced manufacturing concepts for crystalline silicon solar cells, da: ieeexplore.ieee.org/iel5/16/17204/ pdf in: AA.VV. Altre Tecnologie Fotovoltaiche, da:

7 etd.adm.unipi.it/theses/available/etd /unrestricted/ii-3.altre_tecnologie.pdf in: N. S. Sariciftci, Organic Photovoltaics: Mechanisms, Materials and Devices, CRC Press, USA, AA.VV. The Basic Physics and Design of III-V Multijunction Solar Cells, da: in: AA.VV. Natural photosynthesis, da: van.pdf in: