RIFERIMENTI
Salvatore Lombardo: (Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.)
Mauro Lomascolo: (Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.)
Sito web dell’Istituto: www.imm.cnr.it
PRINCIPALI ATTIVITA’ NEL SETTORE ENERGIA
Figura 1. Dall'alto a sinistra fino in basso a destra: super-reticolo di strati di SiC e di Si; Nanofili Semiconduttori; Efficienza Quantica Esterna di celle FV a eterogiunzione SiC / Si; Spettri e Transienti di Fotoluminescenza in assorbitori FV di calcogenuri; Risonatori plasmonici per celle FV a film sottile; Film ultrasottili di Molibdeno per modi plasmonici di superficie per intrappolamento della luce in celle di silicio amorfo idrogenato
Il grafene è un nuovo materiale trasparente, potenzialmente di elevata conducibilità elettrica, e dunque un ottimo elettrodo per celle solari.
Nel nostro gruppo Elettrodi di Grafene (G) cresciuti per C-CVD sono stati applicati con successo a celle fotovoltaiche (FV) di silicio amorfo idrogenato e a celle a colorante organico DSSC (= Dye Sensitized Solar Cells). Come elettrodo trasparente stiamo anche studiando multi-strati di Ossidi e Metalli. Sfruttando processi potenzialmente a basso costo, sono anche stati realizzati anche nuovi materiali a base di TiO2 e ossidi conduttivi trasparenti per DSSC e celle con peroskiti. Altri nuovi materiali studiati all'IMM sono basati su nanocristalli, nanofili e nanobuchi in silicio di dimensione nanometrica. Cambiando la taglia delle nanostrutture è possibile controllare la "gap" ottica del materiale, cioè l'energia per promuovere gli elettroni legati allo stato "libero" di conduzione elettrica. I fotoni di energia sopra la gap sono assorbiti e trasformati in corrente elettrica. All'IMM sono realizzati materiali a base di nanocristalli, nanofili, o nanobuchi di silicio con l'obbiettivo di realizzare celle FV multi-giunzione, impilando materiali con gap diverse uno sopra l'altro in serie per assorbire tutta la luce solare (Progetti ENERGETIC e NASCENT). Oltre che in silicio, abbiamo realizzato materiali a nanofili anche utilizzando semiconduttori binari di elementi del III e V gruppo (III-V) e II-VI (Progetto PHASYN).
Stiamo anche studiando celle di silicio a eterogiunzione. Le eterogiunzioni (ossia giunzioni tra semiconduttori diversi) possono infatti essere ingegnerizzate per rendere più efficiente il trasferimento di carica agli elettrodi della cella FV. Stiamo studiando eterogiunzioni tra carburo di silicio (SiC) e silicio, silicio amorfo e silicio, e silicio ricco in ossigeno e silicio, con significativi vantaggi sull'efficienza di trasformazione da fotone a carica elettrica e sul campo di giunzione (Progetti ENERGETIC, “Nuove Tecnologie Fotovoltaiche per Sistemi Intelligenti Integrati in Edifici” ed ERG).
All'IMM stiamo anche studiando come applicare la "plasmonica" al campo del fotovoltaico. I plasmoni, oscillazioni collettive degli elettroni dei solidi che creano onde di polarizzazione, analogamente a quanto fanno i fotoni con l'effetto fotoelettrico, possono eccitare elettroni di valenza allo stato di conduzione. Ciò consente l'intrappolamento e assorbimento della luce in celle FV a film sottile. All'IMM questo approccio è studiato nel caso di celle di Si a film sottile (Progetti THINC ed ENERGETIC). Le celle (Fig. 1) mostrano notevole incremento della fotocorrente grazie all'uso di plasmoni generati da nanoparticelle metalliche di oro o argento, oppure in film ultra-sottili di molibdeno.
Figura 2. Da sinistra a destra: mini-modulo di silicio amorfo su substrato flessibile di polimmide (in collaborazione con ST); Efficienza dei moduli di sinistra in funzione della illuminazione; Nano-rectenne.
Fra i nuovi dispositivi realizzati, vogliamo ricordare moduli di silicio amorfo idrogenato su substrati flessibili di polimide (in collaborazione con STMicroelectronics) che mostrano efficienze di conversione di potenza molto elevate anche in condizioni di bassa illuminazione, particolarmente adatti per applicazioni indoor. Un'altra attività riguarda la realizzazione di nano-antenne integrate con diodi ultra-veloci ("nanorectenne"), con l'obbiettivo di trasformare la potenza ottica incidente direttamente in potenza elettrica (Progetto “Rectenna”).
Vogliamo infine ricordare alcuni brevetti recenti presentati nell'ambito delle attività succitate:
Salomoni A, Stamenkovic I, Fazio S, Mazzanti B, Ridolfi G, Centurioni E, Iencinella D, Busana MG,,
"Ceramic tile with a functional photovoltaic cell surface", MX 20090010480 (30/03/2010)
Lombardo S, Coffa S, "Solar panel having two monolithical multicell photovoltaic modules of different fabrication technology", US2010200043 (A1) (13/08/2010)
Lombardo S, Gerardi C, Ravesi S, Foti M, Tringali C, Loverso S, Costa N, "Thin refractory metal layer used as contact barrier to improve the performance of thin film solar cells", USP Application 20130048071, 29/08/2012
Foti M, Spartà N, Lombardo S, Di Marco S, Ravesi S, Gerardi C, "Thin film solar cell module Including series-connected cells formed on a flexible substrate by using lithography, USP Application 20130032197, 07/02/2013
Per maggiori informazioni: http://www.imm.cnr.it
INFRASTRUTTURE E STRUMENTAZIONE
L'IMM dispone di notevoli infrastrutture per la ricerca nel campo dei materiali e dispositivi per le energie rinnovabili. Ricordiamo clean room per una estensione complessiva di circa 1400 m2 e attrezzature per la caratterizzazione avanzata: numerosi microscopi elettronici, uno addirittura con risoluzione di 0.064 nm (il tipico raggio di un singolo atomo), strumentazione per misure elettriche, elettroniche, ottiche.
Tutti gli studi su nuovi materiali e dispositivi sono affiancati da caratterizzazioni avanzate delle proprietà strutturali, ottiche ed elettriche dei materiali e dispositivi prototipi realizzati (Progetti SOLAR, MAAT, INNOVASOL, ENERGETIC, NASCENT, THINC, PHASYN, ERG, RECTENNA, “Nuove Tecnologie Fotovoltaiche per Sistemi Intelligenti Integrati in Edifici”).
Per maggiori informazioni:
http://www.imm.cnr.it/sites/default/files/brochure_IMM.pdf
TEMATICHE/SETTORI DI INTERVENTO
Produzione di energia da fonti rinnovabili
Ricerca energetica di frontiera