Questo documento descrive le attività inerenti la progettazione ottica svolta nell’ambito dello sviluppo delle celle fotovoltaiche a multigiunzione.

La ricerca ha affrontato diversi temi relativi ai sistemi fotovoltaici a concentrazione (CPV) quali 1) lo sviluppo di rivestimenti antiriflettenti per le celle fotovoltaiche a multigiunzione, 2) l’ideazione di concentratori solari innovativi e 3) il potenziamento della strumentazione elettro-ottica usata per la caratterizzazione di celle fotovoltaiche a multigiunzione.

Per i rivestimenti nanostrutturati è stato necessario predisporre una modifica dell’evaporatore per ossidi presente in RSE, per consentire la deposizione di rivestimenti mediante la tecnica di sputtering. Con questa tecnica è possibile variare con continuità l’indice di rifrazione degli strati depositati garantendo al contempo la realizzazione di materiali molto omogenei in grado di ridurre le perdite per luce diffusa (“scattering”) dalle nanostrutture realizzate.

Nel corso dell’attività di ricerca sono state eseguite simulazioni per ottimizzare gli strati nanostrutturati, al fine di minimizzare le riflessioni prodotte dai diversi strati che compongono una cella a multigiunzione. I risultati hanno evidenziato che la massima efficienza di una cella a tripla giunzione si ottiene nella condizione in cui la fotocorrente di una cella a tripla giunzione è limitata dalla sottocella Top, ma con un punto di lavoro prossimo al bilanciamento tra le fotocorrenti delle sottocelle Top e Middle.

E’ stata quindi effettuata un’estesa attività sperimentale realizzando nanostrutture sia mediante evaporazione che per sputtering (quest’ultima tecnica applicata in fase preliminare). Sono stati depositati rivestimenti nanostrutturati su diverse tipologie di substrati per caratterizzare l’indice di rifrazione del materiale depositato e per verificare gli effetti di deposizioni sovrapposte.

Con l’intento di migliorare ulteriormente le prestazioni del rivestimento antiriflettente è stata provata con successo una tecnica di nanostrutturazione dello strato di AlInP, che si trova in prossimità della superficie della cella fotovoltaica.

Un’altra attività ha riguardato l’ideazione di nuovi sistemi ottici per la concentrazione solare. Sono state proposte alcune nuove tipologie di concentratori. Per una tipologia di concentratore sono state compiute accurate simulazioni e ottimizzazioni, che hanno mostrato come sia possibile raggiungere elevate accettanze angolari con sistemi a basso costo ottenuti per stampaggio. Questi sistemi consentono un rilassamento delle specifiche d’inseguimento solare a patto di accettare una riduzione del livello di concentrazione (come previsto dalla teoria); pertanto queste configurazioni ottiche potranno essere utilizzate solo per sistemi a bassa concentrazione accoppiate con dispositivi fotovoltaici a basso costo.

Per quanto riguarda le tecniche ottiche di caratterizzazione di celle CPV e materiali semiconduttori, l’attività ha riguardato l’aumento della precisione della misura di fotoluminescenza e la messa a punto del sistema di misura della risposta spettrale per celle CPV a quattro giunzioni. Per quest’ultimo, è stata iniziata la progettazione del nuovo sistema di illuminazione della cella (per avere una corretta polarizzazione ottica delle sotto-giunzioni) identificando e approvvigionando le sorgenti più adatte.