L'attività svolta durante il dottorato di ricerca ha riguardato lo studio di materiali innovativi per applicazioni fotovoltaiche semitrasparenti, che svolgeranno un ruolo centrale nel facilitare l'integrazione del fotovoltaico di nuova generazione nei contesti urbani.
La trasparenza è un aspetto estremamente delicato nell’ottimizzazione delle prestazioni di un dispositivo fotovoltaico visto che parte della luce solare dovrà attraversare la cella senza contribuire produttivamente alla generazione di corrente. Sarà quindi necessario trovare un equilibrio ottimale tra il grado di trasparenza e l'efficienza di conversione per soddisfare requisiti funzionali ed economici dei dispositivi.
In questo lavoro di tesi sono stati sintetizzati nuovi materiali per lo sviluppo di celle fotovoltaiche trasparenti in configurazione tandem in grado di assorbire la luce ultravioletta e/o vicina all'infrarosso. Il dispositivo è composto da una cella superiore responsabile di assorbire la regione delle alte energie dello spettro solare, mentre una cella inferiore è ottimizzata per essere efficiente nella regione dell’infrarosso. I materiali perovskitici sono ottimali per realizzare la cella superiore, in quanto mostrano un’ottima accordabilità nella banda di assorbimento alle alte energie (>2,3 eV), consentendo una buona sovrapposizione con lo spettro solare (circa il 10%). La cella inferiore, invece, è stata realizzata con assorbitori a bassa gap (<1,3 eV) formati da una miscela di sistemi organici, in grado di essere ottimizzati per massimizzare la sovrapposizione con la regione spettrale solare del vicino infrarosso (49% dello spettro solare).
Le proprietà ottiche ed elettroniche di questi materiali sono state studiate attraverso l’uso sinergico di diversi metodi teorici e spettroscopici, quali spettroscopie ottiche di assorbimento e di fotoluminescenza sia stazionarie che risolte in tempo (scala temporale dei femtosecondi/picosecondi/nanosecondi) e spettroscopie di fotoelettroni con luce di sincrotrone (UPS ed XPS). Inoltre, le proprietà ottiche ed elettroniche dei materiali perovskitici sono state simulate mediante approcci teorici DFT per determinare accuratamente la struttura elettronica in approssimazione di singola particella.
Queste caratterizzazioni hanno permesso di comprendere e studiare il legame tra proprietà fisiche e chimiche (ad esempio, strutture di banda, dinamiche dei portatori di carica, energie di gap, struttura cristallina, ecc.) e le prestazioni di questi materiali innovativi quando utilizzati in dispositivi fotovoltaici con un approccio multiscala, permettendo di ottenere informazioni fondamentali per migliorare la qualità dei materiali attivi e la loro efficienza per le applicazioni di energia rinnovabile.
Giovedì, 30 Maggio 2024 08:51
Dottorato presso il CNR-ISM per Giuseppe Ammirati
Un altro tassello a conferma della stretta collaborazione tra CNR-ISM e Università degli Studi di Roma Tor Vergata è il conseguimento del Dottorato di Ricerca in Ingegneria Elettronica (XXXVI Ciclo) da parte di Giuseppe Ammirati con la tesi "A Multiscale Study of Novel Semitransparent Materials for Photovoltaic Application" avvenuto il 19 Aprile con supervisore interno il Prof. Aldo Di Carlo ed esterno Daniele Catone del CNR-ISM.
Le ricerche oggetto della tesi sono state svolte prevalentemente presso l'EuroFel Support Laboratory (EFSL) di CNR-ISM.
Complimenti Giuseppe per il traguardo raggiunto!
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Tutoraggio