UTE effetto fotovoltico e conversione luce- energia elettrica
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- Roberto Biondi
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1 UTE effetto fotovoltico e conversione luce- energia elettrica
2 OBIETTIVI Struttura del silicio drogaggio del silicio puro Come convertire la luce in energia elettrica Impianto fotovoltaico
3 IL SILICIO Elettroni più esterni ( n.4 ogni atomo) STRUTTURA SILICIO puro Nuclei atomi di silicio Se i fotoni che colpiscono la cella di silicio hanno energia uguale o maggiore a 1.08 ev l elettrone più esterno vince le forze elettrostatiche che lo tengono vincolato al legame tra due atomi e diventa libero di spostarsi
4 drogaggio del silicio- tipo N Atomi di FOSFORO ( 5 elettroni esterni ogni atomo )l STRUTTURA SILICIO drogato N Elettroni liberi dal Fosforo Cariche positive fisse sui nuclei Silicio
5 drogaggio del silicio- tipo P Atomi di BORO ( 3 elettroni esterni ogni atomo )l STRUTTURA SILICIO drogato P Cariche positive mobili Elettroni in posizione fissa silicio
6 La giunzione P-N Quando si forma una giunzione p-n, una parte degli elettroni liberi nella regione n si diffondono attraverso la giunzione e si combinano con lacune nella zona p. Ciò comporta che, intorno alla giunzione, vengono creati ioni positivi nella zona n e ioni negativi nella zona p, cioè una DIFFERENZA DI TENSIONE
7 L effetto fotoelettrico Illuminando la giunzione p-n dalla partedel silicio drogato N, si generano delle coppie elettrone-lacuna in entrambe le zone n e p. Il campo elettrico nella zona di svuotamento) ( depletion region ) separa gli elettroni in eccesso generati dall assorbimento della luce dalle rispettive lacune, spingendoli in direzioni opposte (gli elettroni verso la zona n e le lacune verso la zona p).
8 Struttura della cella RADIAZIONE SOLARE CONTATTO ANTERIORE (GRIGLIA) ANTIRIFLESSO REGIONE N (Fosforo) ZONA DI SVUOTAMENTO _ + _ + CARICO REGIONE P (Boro) CONTATTO POSTERIORE
9 Tipi di celle fotovoltaiche SILICIO MONOCRISTALLINO: Rendimento del 15%, grazie alla regolarità della struttura cristallina del silicio.costi di produzione elevti. SILICIO POLICRISTALLINO: Rendimento del 13%, inferiore a quella monocristallina per la struttura irregolare, ma ha un tempo di produzione e costi inferiori SILICIO AMORFO : Rendimento del 6%, Detto anche film, è una sottile pellicola dai bassi costi di produzione. È applicabile su supporti economici di varie forme grazie alla sua flessibilità
10 Efficienza delle celle fotovoltaiche Il rendimento delle celle fotovoltaiche commerciali varia dal 13% al 17%, ma in laboratorio si è arrivati fino al 32,5%. La bassa efficienza dei pannelli fotovoltaici è causata da: - Riflessione - Fotoni troppo o poco energetici - Temperatura - Resistenze elettriche
11 Produrre energia pulita per la propria casa
12 UNO SGUARDO AL FUTURO Immagine di un nanotubo Un gruppo di ricercatori dell Istituto Tecnologico del New Jersey, ha sviluppato una cella fotovoltaica economica e facile da usare che non impiega silicio. E grazie ai nanotubi di carbonio di cui è costituita, potrebbe essere disegnata o stampata su pannelli di plastica flessibili. Sviluppare celle solari organiche dai polimeri è un alternativa economica e semplice. Per fabbricare le celle solari convenzionali, ovvero le unità di base dei pannelli fotovoltaici, è indispensabile avere silicio altamente purificato, ottenuto con un processo che è molto costoso in termini di energia richiesta per la purificazione.
13 Celle fotovoltaiche con efficienza del 63% Un gruppo di ricercatori spagnoli guidati da Perla Wahnon e Josè Conesa di Madrid sta lavorando su un nuovo materiale in grado di sfruttare sia i fotoni del visibile sia quelli dell'infrarosso, quindi arrivare ad un massimo teorico di efficienza pari al 63%. Le celle solari convenzionali si basano su un semiconduttore come il silicio Ma la loro incapacità di assorbire circa il 30% dell energia solare pone un limite teorico non indifferente. Ora i ricercatori spagnoli utilizzeranno questa idea per progettare la loro nuova cella solare, aggiungendo il nuovo materiale al titanio e vanadio dei semiconduttori convenzionali modificando le proprietà elettroniche per creare questo livello intermedio di assorbimento di energia.
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