Materiali e tecniche per sistemi di conversione fotovoltaica di nuova generazione PRIN 2007 Coordinatore Scientifico Prof. G. Martinelli Università di.

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1 Materiali e tecniche per sistemi di conversione fotovoltaica di nuova generazione PRIN 2007 Coordinatore Scientifico Prof. G. Martinelli Università di Ferrara

2 Obbiettivo della ricerca Realizzazione di un sistema fotovoltaico formato da un array di monogiunzioni (con band gap opportuno) in parallelo corredato di separatore spettrale e concentratore della radiazione solare

3 … piu in dettaglio … Sviluppo di nuovi materiali semiconduttori da affiancare al tradizionale silicio, per coprire lo spettro solare. Studio di tecniche, le più semplici possibili, atte ad una migliore separazione degli intervalli di energia dei fotoni. Ci si aspetta innanzitutto di realizzare in forma di film sottili e/o nanostrutturati, e di caratterizzare dal punto di vista morfologico- strutturale, elettronico e ottico una nuova generazione di materiali, a differenti band gap (per esempio Fe 2 O 3, CuO, V 2 O 5 ). Crescita cristalli di ossidi metallici aventi un elevato rapporto superficie- volume (nanowires) allo scopo di aprire nuove prospettive per la sintesi di sistemi ibridi per applicazioni fotovoltaiche, mediante l'inglobamento dei nanowire in matrici di polimero attivo. Realizzazione di sistemi dicroici utili alla separazione della radiazione solare in bande adatte ad essere assorbite dai nuovi materiali realizzati.

4 Unità Operativa I - Universita` di Ferrara - Responsabile: Prof. Giuliano Martinelli – Coordinamento del progetto, Realizzazione e sviluppo del sistema: filtri, concrentratori ed elettronica – Misure ottiche ed elettriche Unità Operativa II - Universita` di Brescia - Responsabile: Prof. Giorgio – Produzione di materiali attivi per la conversione fotovoltaica: – Fabbricazione di rivestimenti compatti di ossidi metallici semiconduttori puri e addittivati tramite evaporazione-condensazione o tramite sputtering deposition – Ottimizzazione dei parametri di deposizione per ottenere ossidi di rame, ferro, zinco, o vanadio di elevata qualità cristallina. – Preparazione di nanostrutture quasi 1-dimensionali di ossidi metallici omogeneamente drogate. Unita` Operativa III - Universita` di Torino Responsabile: Prof. Giovanna Ghiotti – Caratterizzazione delle proprietà ottiche e, più in generale, delle proprietà elettroniche (mediante spettroscopia UV-Vis-NIR in assorbimento, riflettanza diffusa e fluorimetria, spettroscopie FT-IR ed EPR) dei materiali semiconduttori preparati presso l'UdR di Brescia

5 Unita' Operativa IV - CNR - IMM Responsabile: Dott. Migliori A. – Dott. Morandi V. – Si prefigge di caratterizzare in modo completo, attraverso le diverse tecniche di microscopia elettronica disponibili, i materiali attivi per la conversione fotovoltaica che verranno preparati nell'ambito di questo progetto: film di ossidi metallici e nanostrutture quasi 1-dimensionali di ossidi metallici. – Da una parte si cerchera' di dare informazioni su quelle che sono le maggiori criticita' dei materiali utilizzati nelle multi-celle per applicazioni fotovoltaiche, e cioe la struttura cristallografica dei diversi strati di materiali e la loro compatibilita', la composizione ed i diversi livelli di drogaggio. – Dall'altra parte, trattandosi di nuovi materiali, l'intento sara' quello di guidare i processi tecnologici di realizzazione e di ottimizzare il rendimento dei materiali in base alle loro caratteristiche strutturali e composizionali.

6 La successione temporale delle attività dell IMM-BO nei due anni del progetto puo' essere schematicamente riassunta : Da inizio progetto al 12-esimo mese di attività: Caratterizzazione convenzionale TEM dei materiali attraverso tecniche di contrasto di diffrazione ed alta risoluzione coerente allo scopo di studiare il grado di cristallinita' dei diversi layer, la loro compatibilita', le interfacce tra materiali differenti e la presenza e l'influenza di difetti. - Caratterizzazione convenzionale SEM per studiare composizione e morfologia dei diversi tipi di materiali e dei diversi layer allo scopo di ottimizzare i parametri di processo. Dal 13-esimo mese di attività a termine progetto: - Utilizzo di tecniche di Contrasto Z in scansione in trasmissione sia ad alta che a bassa energia allo scopo di ottenere informazioni di tipo quantitativo come profili di drogaggio e mappe composizionali delle diverse tipologie di materiali e dei diversi layers su scale nanometriche e sub- nanometriche. - Utilizzo di tecniche interferometriche, ed in particolare dell'olografia elettronica, allo scopo di ottenere informazioni sui profili di concentrazioni dei droganti elettricamente attivi nelle giunzioni p-n all'interno delle strutture multistrato realizzate. - Utilizzo di tecniche spettroscopiche, quali EDX ed EELS, per ottenere informazioni composizionali qualitative e quantitative complementari a quelle ottenute con le precedenti tecniche.

7 UnitàFondi assegnatiCo- Finanziamento 1- Univ Ferrara53.370 2- Univ- Brescia48.510 3- Univ- Torino33.470 4- CNR-IMM Bologna34.650 17.350 170.000 Pers. IMM-BO1° Anno (mesi)2° Anno (mesi) Andrea Migliori77 Vittorio Morandi33 Luca Ortolani119 Richiesti 245.000

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