Il corso fornisce una conoscenza di base dei principi fisici di funzionamento e delle tecnologie dei dispositivi fotovoltaici partendo dalle celle solari di prima generazione in silicio (cristallino, policristallino e amorfo) e proseguendo con i dispositivi di seconda (tecnologie a film sottile) e terza generazione (celle multigiunzione). Il corso tratta dispositivi, moduli e sistemi fotovoltaici e comprende un'introduzione all'accumulo e alla distribuzione dell'energia solare. Obiettivo del corso è far acquisire le conoscenze specifiche per il progetto, l'analisi e la caratterizzazione di dispositivi e sistemi fotovoltaici. Sono previste esercitazioni in laboratorio su celle commerciali e sperimentali e simulazioni con SPICE.
scheda docente materiale didattico
Fisica della cella solare: Radiazione solare. Richiami di teoria dei semiconduttori. Assorbimento ottico. Generazione, ricombinazione e trasporto. Caratteristiche I–V. Celle solari a elevata efficienza. Effetti di ricombinazione superficiale. Band gap ed efficienza. Risposta spettrale. Effetti di resistenza parassita. Effetti della temperatura. Celle solari a concentrazione. Limitazioni di efficienza. Criteri di ottimizzazione.
Celle e moduli in silicio cristallino: Il silicio monocristallino. Celle solari in Si monocristalino. Celle multicristalline. Moduli in silicio monocristallino. Proprietà elettriche e ottiche dei moduli. Proprietà dei moduli sul campo.
Celle solari a film sottile in Si: Panoramica delle celle a film sottile. Criteri di progetto. Tendenze future.
Celle solari multigiunzione III-V: Fisica delle celle multigiunzione. Configurazione delle celle. Calcolo delle prestazioni. Considerazioni sui materiali. Celle multigiunzione di ultima generazione.
Celle solari a concentrazione: Tipi di concentratori. Ottica dei concentratori. Analisi e progetto. Concentratori attuali.
Celle solari in silicio amorfo: Struttura elettronica del silicio amorfo idrogenato. Deposizione di silicio amorfo. Celle solari in a-Si. Celle multigiunzione. Celle in a-Si su supporto flessibile.
Celle solari in Cu(InGa)Se2: Proprietà del materiale. Metodi di deposizione. Realizzazione dei dispositivi. Principio di funzionamento. Caratteristiche ottiche ed elettriche.
Caratterizzazione di celle e moduli: Figure di merito. Misura delle caratteristiche I-V. Responsività spettrale. Qualificazione e certificazione dei moduli.
Sistemi fotovoltaici: Introduzione ai sistemi fotovoltaici. Componenti. Sviluppi della tecnologia dei sistemi. Immagazzinamento. Power Conditioning. Energia assorbita e fornita da sistemi fotovoltaici. Considerazioni economiche e ambientali.
Simulazioni con PC1D.
Esercitazioni in laboratorio: caratteristiche I-V, estrazione dei parametri.
J. Nelson "Physics of Solar Cells" Imperial College Press 1st (first) Edition
+ contenuti aggiuntivi su piattaforma e-learning Moodle
Programma
Introduzione: Cenni storici. Costi e previsioni di mercato. Obiettivi delle ricerche attuali. Sviluppo e sfide del silicio cristallino e delle tecnologie a film sottile. Sistemi a concentrazione. Tecnologie emergenti e future.Fisica della cella solare: Radiazione solare. Richiami di teoria dei semiconduttori. Assorbimento ottico. Generazione, ricombinazione e trasporto. Caratteristiche I–V. Celle solari a elevata efficienza. Effetti di ricombinazione superficiale. Band gap ed efficienza. Risposta spettrale. Effetti di resistenza parassita. Effetti della temperatura. Celle solari a concentrazione. Limitazioni di efficienza. Criteri di ottimizzazione.
Celle e moduli in silicio cristallino: Il silicio monocristallino. Celle solari in Si monocristalino. Celle multicristalline. Moduli in silicio monocristallino. Proprietà elettriche e ottiche dei moduli. Proprietà dei moduli sul campo.
Celle solari a film sottile in Si: Panoramica delle celle a film sottile. Criteri di progetto. Tendenze future.
Celle solari multigiunzione III-V: Fisica delle celle multigiunzione. Configurazione delle celle. Calcolo delle prestazioni. Considerazioni sui materiali. Celle multigiunzione di ultima generazione.
Celle solari a concentrazione: Tipi di concentratori. Ottica dei concentratori. Analisi e progetto. Concentratori attuali.
Celle solari in silicio amorfo: Struttura elettronica del silicio amorfo idrogenato. Deposizione di silicio amorfo. Celle solari in a-Si. Celle multigiunzione. Celle in a-Si su supporto flessibile.
Celle solari in Cu(InGa)Se2: Proprietà del materiale. Metodi di deposizione. Realizzazione dei dispositivi. Principio di funzionamento. Caratteristiche ottiche ed elettriche.
Caratterizzazione di celle e moduli: Figure di merito. Misura delle caratteristiche I-V. Responsività spettrale. Qualificazione e certificazione dei moduli.
Sistemi fotovoltaici: Introduzione ai sistemi fotovoltaici. Componenti. Sviluppi della tecnologia dei sistemi. Immagazzinamento. Power Conditioning. Energia assorbita e fornita da sistemi fotovoltaici. Considerazioni economiche e ambientali.
Simulazioni con PC1D.
Esercitazioni in laboratorio: caratteristiche I-V, estrazione dei parametri.
Testi Adottati
M.A. Green "Solar Cells: Operating Principles, Technology, and System Applications" (Prentice-Hall)J. Nelson "Physics of Solar Cells" Imperial College Press 1st (first) Edition
+ contenuti aggiuntivi su piattaforma e-learning Moodle
Modalità Erogazione
Il corso si articola in lezioni frontali (90%) ed esercitazioni al computer e in laboratorio (10%) E' previsto l'utilizzo della piattaforma e-lerning Moodle per contenuti didattici aggiuntivi La frequenza non è obbligatoriaModalità Valutazione
La valutazione prevede una prova prova orale ed eventualmente una tesina (facoltativa). Nel periodo di emergenza COVID-19 l’esame di profitto sarà svolto secondo quanto previsto all’art.1 del Decreto Rettorale n°. 703 del 5 maggio 2020