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
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.
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
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
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
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
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
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)
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)
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
...4 a generazione? ma ancora semplici e costose rispetto la natura! Cyanobacteria photosystem II, Monomer, PDB 2AXT.
...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. 7981647, 2009.
Semiconduttori per il fotovoltaico Organici Piccole molecole (CuPC, C60, ) Polimeri (P3HT, PVP, ) Inorganici Si CdTe CuInSe 2 Cu 2 ZnSnS 4
Celle organiche a giunzione diffusa D eff. >5% A
Problematiche attuali 1. Ricombinazione all interfaccia D/A [Cowan, Phys. Rev. B 82 (2010) 245207] 2. Larghezza spettro di assorbimento Compromesso sullo spessore: Ricombinazione di trasporto Assorbimento della luce
Problematiche attuali 1. Ricombinazione all interfaccia D/A [Cowan, Phys. Rev. B 82 (2010) 245207] 2. Larghezza spettro di assorbimento Compromesso sullo spessore: Ricombinazione di trasporto Assorbimento della luce
Problematiche attuali 1. Free carrier recombination at D/A interfaces [Cowan, Phys. Rev. B 82 (2010) 245207] 2. Larghezza spettro di assorbimento eff. 8.3% [Peet, Nature Materials 6 (2007) 497]
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) 743-746. Orthogonal light to current no transparent electrodes kv and µa per cm 2 W LOSS = R s I 2 Tandem stack sub-wavelength effects
Nanomoduli - concetto
Nanomoduli - fabbricazione
Nanomoduli - nanoimprinting Filling of structures Electrical isolation Encapsulation P3HT-PCBM (Tg 40 C) PVA (Tg 80 C)
Nanomoduli - misure V oc = 968 V!! should be 10 kv
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)
Microlenti per trappole di luce
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. 040 375 8416 tormen@tasc.infm.it Fotovoltaico Simulatore solare Efficienza quantica Glove-box e spin-coater Evaporatore organici e metalli
Efficiency trends
Enrico Sovernigo, PhD CNR-IOM LILit - NIL group SS14 km 163.5 Basovizza 34149 Trieste sovernigo@tasc.infm.it Grazie!
Nanomoduli - misure Problems: Uncomplete filling Shunt Duty cycle Solutions: PET instead of PVA 20% duty cycle structure 300 nm pitch
Interdigitated D/A interface Uncomplete filling
The core-hole clock