Celle solari spaziali a nanostrutture

Titolo della ricerca

 TFQD - Thin Film light-trapping enhanced Quantum Dot photovoltaic cells: an enabling technology for high power-to-weight ratio space solar arrays

Area scientifica 

Tecnologie per l’energia rinnovabile; celle solari per applicazioni spaziali; semiconduttori nanostrutturati

Abstract

Il progetto TFQD si propone di realizzare celle solari ad elevata efficienza, leggere e flessibili integrando semiconduttori nanostrutturati e reticoli fotonici in una architettura a film sottile.

Descrizione del progetto di ricerca 

Il sole è l’unica fonte di energia disponibile nella maggior parte delle applicazioni spaziali, dai satelliti per telecomunicazioni alle sonde scientifiche.  La progettazione di un impianto fotovoltaico spaziale richiede perciò un attento bilanciamento tra il volume e la massa dell’impianto da un lato e la quantità di energia erogata dall’altro e condiziona sensibilmente la missione spaziale in termini di durata, payload (o carico utile), servizi erogabili.

Il progetto europeo TFQD, che coinvolge sei partner accademici e industriali ed è coordinato da Federica Cappelluti del Dipartimento di Elettronica e Telecomunicazioni, mira a realizzare celle solari ad elevata efficienza, leggere e flessibili per la prossima generazione di pannelli solari spaziali.  L’idea di TFQD è di aumentare l’efficienza di una cella solare in semiconduttori III-V attraverso l’integrazione di nanostrutture che massimizzano l’interazione tra la materia e le onde elettromagnetiche trasmesse dal sole.  Con questo approccio uno spessore di pochi micrometri di materiale è sufficiente per ottenere efficienze molto elevate.  La cella può dunque essere separata dal suo substrato nativo e montata su un supporto flessibile plastico o metallico. Si ottiene così un drastico miglioramento del rapporto potenza/peso e della flessibilità meccanica rispetto alle celle solari spaziali oggi in commercio, che raggiungono efficienze confrontabili con uno spessore circa quindici volte superiore.  La flessibilità apre la via a nuove architetture come pannelli solari arrotolabili o gonfiabili con strutture portanti molto leggere. Il minor consumo di materiale, insieme all’utilizzo di tecnologie economiche e scalabili, garantisce un costo per Watt confrontabile se non minore della tecnologia odierna. 

Impatto sulla società 

Celle solari più efficienti e leggere permetteranno di migliorare le prestazioni e i servizi dei satelliti per telecomunicazioni. Inoltre le celle sviluppate in TFQD sono molto promettenti per il settore delle energie rinnovabili in ambito terrestre. Il consumo ridotto di materiale, grazie all’architettura a film sottile, consentirà un approccio più green rispetto alle tecnologie fotovoltaiche convenzionali. In definitiva il progetto potrebbe aprire la strada a una nuova generazione di fotovoltaico ad alta concentrazione, grazie all’elevato rapporto efficienza/costo e con evidenti vantaggi in termini di occupazione spaziale, un problema cruciale nelle zone densamente popolate. Infine altre importanti ricadute si potrebbero verificare nel mercato consumer grazie alle caratteristiche di leggerezza e flessibilità.

Gruppo di lavoro @Polito 

Federica Cappelluti, Coordinatore

Ariel Cedola, Ricercatore post-doc

Arastoo Khalili, Dottorando

Farid Elserawy, Dottorando

Tiziana Rolando, Amministrazione

Giovanni Ghione, Professore ordinario

Mariangela Gioannini, Professore associato

Giuseppe Vecchi, Professore ordinario

Partner nazionali e internazionali 

Thales Alenia Space S.p.A.

Radboud University (Paesi Bassi)

tf2 devices B.V (Paesi Bassi)

Tampere University of Technology (Finlandia)

University College London (Gran Bretagna)

 TFQD project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under grant agreement No 687253

  • Budget: 1.008.376 euro
  • Data inizio: 01/01/2016
  • Data fine: 31/12/2017
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