67156 - FOTOELETTROCHIMICA

insegnamento
ID:
67156
Tipo Insegnamento:
Opzionale
Durata (ore):
48
CFU:
6
SSD:
CHIMICA GENERALE E INORGANICA
Url:
SCIENZE CHIMICHE/PERCORSO COMUNE Anno: 1
SCIENZE CHIMICHE/PERCORSO COMUNE Anno: 2
Anno:
2024

Dati Generali

Periodo di attività

Secondo Semestre (17/02/2025 - 31/05/2025)

Syllabus

Obiettivi Formativi

L’insegnamento si propone di presentare i fondamenti teorici dei meccanismi di conversione dell’energia solare mediante l’impiego di dispositivi a base di materiali semiconduttori, allo scopo di fornire agli studenti e alle studentesse le nozioni necessarie alla comprensione e alla descrizione dei fenomeni che ne regolano il funzionamento finalizzato alla produzione di elettricità o di composti ad alto valore aggiunto.
Al termine dell’insegnamento, studenti e studentesse saranno in grado di:
* descrivere l'energetica di una interfaccia fotoattiva coinvolgente almeno un elettrodo semiconduttore;
* relazionare le caratteristiche energetiche e cinetiche di un materiale con il suo potenziale impiego nella conversione dell'energia solare in energia elettrica o in prodotti ad alto valore aggiunto
* descrivere l'architettura di un dispositivo solare di rilevanza tecnologica, ponendone in luce vantaggi e limitazioni
* valutare criticamente risultati sperimentali riportati in letteratura.

Prerequisiti

E’ richiesta la conoscenza pregressa dei concetti di base dell’elettrostatica, della termodinamica classica, della meccanica quantistica e della cinetica elettrochimica.

Metodi didattici

Lezioni frontali teoriche con l'ausilio di diapositive. Lezioni registrate saranno rese disponibili nella Classroom dedicata all’insegnamento.

Verifica Apprendimento

La prova d’esame consiste in un orale finalizzato all’accertamento del raggiungimento degli obiettivi formativi.
Nella prima parte lo studente/la studentessa dovrà presentare un esempio di un sistema fotoelettrochimico per la conversione dell’energia solare in energia chimica tratto dalla letteratura e commentarne in modo critico i risultati principali secondo le tecniche approfondite durante l’insegnamento (punti 5-7 della sezione “Contenuti”). L’esempio deve essere preventivamente concordato con il docente. Seguirà una discussione su alcuni dei principi teorici oggetto dei punti 1-4 dei “Contenuti” dell’insegnamento.

Testi

* C. Kittel, "Introduction to Solid State Physics"

* R. Memming, “Semiconductor Electrochemistry - Second Edition”

* Z. Chen et al., "Photoelectrochemical Water Splitting Standards, Experimental Methods, and Protocols"

Casi di letteratura estratti da articoli e reviews di particolare rilevanza saranno forniti dal docente.

Contenuti

1) Fondamenti di teoria delle bande in metalli e semiconduttori (modello dell’elettrone libero; densità degli stati; distribuzione e livello di Fermi; funzioni di Bloch; massa efficace e portatori di carica).

2) Assorbimento di luce in un semiconduttore; Band gap diretto e indiretto. Semiconduttori intrinseci e dopati (di tipo n e p). Difetti nei semiconduttori.

3) Energetica di semiconduttori di tipo n e p al buio e sotto illuminazione. Interfacce semiconduttore/elettrolita; Spazio di carica ed Equazione del diodo. Giunzioni semiconduttore/metallo. Giunzioni n-p.

4) Meccanismi di separazione e trasporto di carica in semiconduttori bulk e nanostrutturati. Fenomeni di ricombinazione di carica.

5) Metodi sperimentali in fotoelettrochimica: Spettroscopia di assorbimento UV-Vis applicata a semiconduttori; Caratteristiche corrente-tensione e altre tecniche elettrochimiche; Parametri di efficienza di conversione.

6) Preparazione, architettura e meccanismi di funzionamento di materiali e dispositivi tecnologici per la conversione dell'energia solare in energia elettrica: celle fotovoltaiche al silicio, celle a film sottile, celle solari polimeriche, celle a colorante di tipo Graetzel, eterogiunzioni di nuova generazione.

7) Preparazione, meccanismi di funzionamento e strategie di ottimizzazione di materiali fotoanodici e fotocatodici e loro integrazione in dispositivi fotoelettrochimici completi per la conversione dell'energia solare in energia chimica, in processi quali la scissione dell’acqua con produzione di idrogeno, la riduzione dell’anidride carbonica, la degradazione di inquinanti e l’ossidazione di specie organiche con formazione di prodotti ad alto valore aggiunto.

Lingua Insegnamento

ITALIANO

Altre informazioni

La regolare frequenza del corso è fortemente raccomandata.

Corsi

Corsi

SCIENZE CHIMICHE 
Laurea Magistrale
2 anni
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Persone