FOTOELETTROCHIMICA
Anno accademico e docente
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- English course description
- Anno accademico
- 2022/2023
- Docente
- STEFANO CARAMORI
- Crediti formativi
- 6
- Periodo didattico
- Secondo Semestre
- SSD
- CHIM/03
Obiettivi formativi
- Sapere descrivere l'energetica di un interfaccia fotoattiva coinvolgente almeno un elettrodo semiconduttore.
Capacità di relazionare gli aspetti energetici e cinetici di base di un materiale ( flat band, band gap, densità di doping, mobilità dei portatori di carica, possibilità di formazione di barriere interne di potenziale) al suo impiego nella conversione dell'energia solare
Sapere descrivere l'architettura di un dispositivo solare di rilevanza tecnologica, ponendone in luce vantaggi e limitazioni. Prerequisiti
- Fondamenti di elettrostatica, termodinamica classica, meccanica quantistica, cinetica elettrochimica.
Contenuti del corso
- Fondamenti di teoria delle bande in metalli e semiconduttori. Energetica di semiconduttori n e p al buio e sotto illuminazione. Barriere Schottky in giunzioni semiconduttore-metallo, n-p e semiconduttore/elettrolita. Equazione di Mott-Schottky e applicazioni.
Meccanismo di separazione di carica al buio e sotto illuminazione in presenza di barriera di potenziale elettrostatico : Equazione del diodo
Trasporto di carica e ricombinazione nei semiconduttori. Lunghezza di Diffusione, Modello di Gartner, significato diagnostico.
Semiconduttori nanostrutturati in assenza di barriera di potenziale. L'esempio delle celle fotoelettrochimiche sensibilizzate basate su TiO2 mesoporous. Concetto di capacità chimica. Meccanismo di separazione di carica basato su asimmetria cinetica, resistenza di ricombinazione.
Metodi sperimentali in fotoelettrochimica: caratteristiche corrente tensione, resa quantica di conversione, metodi per la determinazione del potenziale di banda piatta e del tempo di vita dei portatori di carica. Tali concetti saranno integrati da esercitazioni di laboratorio.
Preparazione, architettura e meccanismi di funzionamento di materiali e dispositivi tecnologici per la conversione dell'energia solare: celle al silicio, celle a film sottile, celle solari polimeriche, celle DSSC, eterogiunzioni di nuova generazione . Metodi didattici
- Lezioni frontali ed esercitazioni di laboratorio. Lezioni registrate sono disponibili nella classroom dedicata.
Modalità di verifica dell'apprendimento
- Esame orale di circa 45'. Durante l'esame orale lo studente sarà chiamato a discutere diversi aspetti di rilievo visiti durante il corso. Tali aspetti comprendono principalmente:
Energetica dei semiconduttori, formazione di barriere di potenziale e conseguenze sulla separazione di carica.
Significato fisico del potenziale di banda piatta di un semiconduttore, metodi di misura e sue implicazioni per la descrizione dell'energetica del materiale.
Descrivere architetture e meccanismo di funzionamento di dispositivi solari e materiali di interesse tecnologico, secondo aspetti termodinamici e cinetici.
Applicazione di metodi sperimentali di caratterizzazione dinamica di fotoelettrodi e dispositivi solari: efficienza, fotovoltaggio, tempo di vita dei portatori, resa di conversione. Testi di riferimento
- C. Kittel "Introduction to Solid State Physics"
N. Sato "Electrochemistry at Metal and Semiconductor Electrodes"
K.W. Boer " Introduction to Space Charge Effects in Semiconductors"
Z. Chen et al. "Photoelectrochemical Water Splitting Standards, Experimental Methods, and Protocols"
Casi di letteratura estratti da articoli e reviews di particolare rilevanza scientifica e pedagogica. Questi saranno forniti dal docente
