MODELLAZIONE E SIMULAZIONE NUMERICA DI CELLE SOLARI 

L'attività di modellazione e simulazione delle celle solari si concentra principalmente sulle celle a film sottile CIGS Diseleniuro di Rame Gallio Indio, CuIn1-xGaxSe2) e, in misura minore, sulle celle basate sul CdTeCdTe (Telluluro di Cadmio). Questa attività è svolta in collaborazione con diversi laboratori universitari e istituti di ricerca in Europa. 

L'analisi elettro-ottica delle celle solari è studiata dalla suite TCAD Synopsys Sentaurus. 

Tematiche di interesse attuale:

• celle solari colorate: le celle solari colorate basate sulla tecnologia a film sottile hanno un potenziale significativo per migliorare l'estetica e la funzionalità del fotovoltaico integrato negli edifici (BIPV). Offrono un modo innovativo per integrare le celle solari nelle facciate e nei tetti degli edifici, fornendo allo stesso tempo una gamma di opzioni di colore che si possono ben armonizzare con il design dell'edificio. Inoltre, la tecnologia a film sottile consente di produrre celle solari flessibili e leggere, rendendole più facili da installare e più versatili nelle loro applicazioni. L'uso di celle solari colorate nel BIPV può anche migliorare l'efficienza energetica complessiva degli edifici.

• strati buffer e window alternativi alla struttura standard basata su st di ossido di zinco (ZnO) e solfuro di cadmio (CdS): l'uso di strati buffer e window alternativi a quelli standard di ZnO/CdS nelle celle solari a film sottile sta guadagnando popolarità in quanto offre diversi vantaggi, tra cui la possibilità di ottenere migliori prestazioni del dispositivo e ridotta tossicità, compatibili inoltre con tecniche di fabbricazione a basso costo,  scalabili e quindi adatte alla produzione su larga scala.

• bordi di grano e prestazioni della cella:  le prestazioni delle celle solari a film sottile sono influenzate in modo significativo dalla presenza di bordi di grani. Lo studio dell'effetto dei bordi dei grani sulle prestazioni delle celle è essenziale per ottimizzare la progettazione e la fabbricazione delle celle solari. Ciò include lo studio dell'impatto della densità, della dimensione e dell'orientamento dei bordi dei grani sulle proprietà di trasporto dei portatori e sulle dinamiche di ricombinazione all'interno del dispositivo.

• capacitanza-tensione (CV) e Drive-level capacitance profiling (DLCP): CV e DLCP sono due tecniche di misurazione ampiamente utilizzate per le celle solari. La CV è usata per misurare la concentrazione di drogaggio nelle celle solari, mentre la DLCP è usata per misurare la densità dei difetti. Tuttavia, l'interpretazione dei risultati di queste misure può essere difficile a causa della natura complessa delle celle solari. Per questo motivo, si ricorre a simulazioni numeriche per comprendere meglio il comportamento del dispositivo e interpretare i risultati delle misurazioni.

Studi precendenti: 

• l'impatto sulle prestazioni della cella dello spessore e del drogaggio dello strato, i band-offset alle eterointerfacce, i confini dei grani (dimensioni e caratteristiche dello stato dei difetti);

• si è stato studiato l’effetto del band-gap grading e del contenuto di rame (Cu) nel CIGS sul comportamento elettrico e ottico della cella solare;

• sono state svolte analisi dettagliate mediante simulazioni numeriche bi- e tri-dimensionali di celle solari con passivazione frontale del CIGS e point-contacts di scala nanometrica finalizzate alla identificazione della geometria ottima dei point-contacts e delle proprietà dello strato di passivazione (spessore, densità di carica residua) necessarie per ottenere efficienze di conversione superiori al 21%;

• si è studiato l’effetto del roll-over delle caratteristiche corrente-tensione al variare della temperatura e la correlazione con i trattamenti post -deposizione con metalli alkalini (post-deposition treatment, PDT);

• si è simulata la tecnica TRPL (Time-Resolved Photo-Luminescence) per la stima dei tempi di vita dei portatori nel semiconduttore con l'obiettivo di fornire indicazioni all'interpretazione dei dati sperimentali.

Pubblicazioni scientifiche e tesi di laurea.