produzione di energia elettrica con sistemi a celle ... - Il Saturatore

innovazione tecnologica
fosse possibile trovare dati (4 cm 2 ) sulla maggior parte delle attuali opzioni fotovoltaiche
e, nel contempo, fosse confrontabile con le aree dei dispositivi a dye e polimerici.
Questi, essendo a uno stadio di sviluppo molto più arretrato, hanno aree sensibilmente
più piccole (0,2÷0,3 cm 2 ). Molti dei valori “record” sulle celle convenzionali sono stati
ottenuti su dispositivi con area di qualche mm 2 e pertanto sono di interesse applicativo
scarso o nullo, anche perché al crescere dell’area tali valori si abbassano drasticamente.
Come si può osservare, l’efficienza della cella a coloranti e di quelle polimeriche è ancora
distante dalla migliore cella al silicio, realizzata all’University of New South Wales
(UNSW). In particolare, la differenza più evidente si ha nella densità di corrente e nelle
dimensioni con cui è stato realizzato il dispositivo.
Ciò spiega I ’attività di ricerca sia verso dye che si accoppino meglio allo spettro solare,
sia verso l’eliminazione dei meccanismi che possano neutralizzare i portatori
fotogenerati (trappole). Sempre dalla stessa figura appare chiaro come il silicio (mono e
policristallino) sia l’attuale primo attore della produzione fotovoltaica mondiale (~90%).
4.2. Celle solari polimeriche
Gli aspetti comuni tra questi dispositivi e quelli a dye sono molteplici, tra questi vi è il
meccanismo legato agli effetti quantistici degli eccitoni. I materiali organici hanno in
partenza il vantaggio di essere i meno costosi e i più facili da processare; essi possono
essere depositati su supporti flessibili in modo molto più semplice ed economico di
quanto si possa fare per tutti i dispositivi inorganici che competono. La scelta dei
materiali è ampia e può essere indirizzata selettivamente su regioni specifiche dello
spettro solare.
Anche se attualmente le celle organiche hanno efficienza notevolmente più bassa di
quelle al silicio o al GaAs (vedi figura 47), i progressi in pochi anni sono stati
impressionanti. A causa del libero cammino medio molto breve degli eccitoni, le prime
celle polimeriche mostravano un’efficienza minima, intorno a 0,1÷0,01%. Invece, le
attuali celle solari, basate su sistemi polimerici a due fasi interpenetranti, miscele
polimero/fullereni, polimero/nanotubi, cristalli organici drogati con alogeni e dispositivi
a stato solido con l’uso di dye, hanno mostrato valori di efficienza relativamente
ragguardevoli, che attualmente sono nell’intervallo 2÷3%. Polimeri conduttori, per
esempio, derivati del poly-(phenylenevinylene) (PPV) con C60, stanno attirando un
grande interesse come materiali per celle solari. L’eterogiunzione si forma
semplicemente mescolando due sostanze organiche, una che conduce per lacune e una
per elettroni.
Il vantaggio di queste nuove strutture rispetto a quelle vecchie planari è che i due
materiali costituiscono, anche in questo caso, un sistema a due fasi interpenetrantì, con
domini dei singoli polimeri di estensione molto ridotta (pochi nanometri). Ciò supera
uno dei problemi incontrati nelle celle di prima generazione, cioè lo sfavorevole
rapporto tra la lunghezza di diffusione degli eccitoni e la lunghezza di assorbimento
della luce. La soluzione consiste nel disperdere all’interno dei dispositivo la giunzione in
modo che, nel raggio di pochi nm, la maggior parte degli eccitoni potesse raggiungerla.
Il meccanismo di funzionamento delle celle polimeriche è molto simile a quello delle
Walter Morgano Tesi di Dottorato di Ricerca
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