Caratterizzazione elettrica e studio dell'affidabilità di celle solari DSSC

Il mercato del fotovoltaico ad oggi è ancora dominato dai dispositivi a base di silicio. Le celle al silicio policristallino, e ancor più se nanocristallino, presentano una buona affidabilità ed efficienza, ma hanno nel costo elevato il loro vero tallone d’Achille. Nonostante diverse forme di incentivazione all’acquisto, il prezzo dei kW/p con fotovoltaico a silicio rende ancora conveniente il consumo di energia elettrica prodotta da fonti fossili. Il fotovoltaico a base di silicio amorfo presenta invece dei rendimenti più bassi rispetto ai precedenti, ma anche dei costi nettamente inferiori. Il prezzo inferiore non è comunque tale da rendere l’investimento vantaggioso, per lo meno per impianti di modeste dimensioni. Le vie che si stanno percorrendo per rilanciare la tecnologia fotovoltaica puntano dunque all’abbattimento dei costi di investimento per renderla competitiva rispetto alla tradizionale produzione elettrica da fonti fossili. Per ciò che concerne la tecnologia a base di silicio, è in via di commercializzazione il fotovoltaico a concentrazione, che ha permesso di ridurre notevolmente la quantità di silicio impiegato, abbassando quindi i costi. Una delle strade alternative alla tecnologia al silicio, che la ricerca sta percorrendo per rendere competitivo il fotovoltaico, in quanto fonte rinnovabile, è la sperimentazione di celle a base organica, siano esse celle a film sottile puramente organiche o celle DSSC. In particolate lo studio e il perfezionamento della tecnologia delle celle fotoelettrochimiche, o celle di Grätzel, sta portando in breve tempo a dei discreti risultati di efficienza; tali risultati sono assolutamente assimilabili, e in taluni casi superiori, a quelli della tecnologia a silicio amorfo. Gli impianti al silicio oggi in vendita assicurano una durata di vita di almeno 20 anni, ovvero in un calo dell’efficienza al più del 20%. Efficienza a parte, il punto debole della tecnologia DSSC rimane l’affidabilità, poiché i dispositivi sono ancora sperimentali e non è ben documentata la loro stima di vita alle varie condizioni ambientali e operative. Il presente lavoro di tesi, svolto presso il laboratorio MOSLAB del Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione della “Università degli Studi di Padova”, è incentrato per l’appunto sullo studio di caratterizzazione e affidabilità delle celle di Grätzel. Gli obbiettivi che inizialmente ci si è proposti di raggiungere nel corso di questo studio sono i seguenti: - caratterizzazione elettrica iniziale di due set di celle fotoelettrochimiche, realizzate presso il laboratorio OLAB della “Università Tor Vergata” di Roma; - ideazione, realizzazione e sperimentazione di un setup di misura che permetta una buona ripetibilità e accuratezza delle misure di Voc, Jsc, J-V e EIS. Il setup di misura deve essere tale da permettere di minimizzare gli errori sistematici di misura legati al setup stesso; - individuazione di una metodologia di stress ottico e termico accelerati; - una volta individuate le potenze ottiche di stress e le temperature, svolgimento degli stress accelerati tali da consentire l’individuazione di un trend di degrado delle caratteristiche e dei parametri delle celle DSSC, e il riconoscimento di eventuali similitudini di comportamento tra celle appartenenti a differenti vetrini; - qualora fosse possibile, ci si propone l’individuazione di una stima di vita e di un trend di degrado delle celle in condizioni operative “normali”, ovvero a 1sun con AM 1.5. Tale stima potrebbe essere effettuata tramite l’analisi dei dati di degrado delle prestazioni delle celle sottoposte allo stress a diverse potenze ottiche