Questo rapporto riferisce sull’attività svolta da RSE in merito alla validazione di due nuovi calcogenuri, il Cu2MnSnS4 (CMTS) e Cu2FeSnS4 (CFTS), quali alternative al più noto Cu2ZnSnS4 (CZTS,) come materiali attivi a base di elementi ad elevata abbondanza naturale per celle fotovoltaiche (FV) a film sottile (FS). In merito al CMTS, in questa linea di attività (LA1.08) sono state effettuate caratterizzazioni di dettaglio sia a livello di dispositivo (spettroscopia di ammettenza (AS)) che del solo materiale attivo (analisi XPS, Spettroscopia fotoelettronica da raggi X) per comprendere l’origine della discrepanza tra l’apparente buona qualità dei FS, depositati presso RSE con un processo a due fasi, e le ridotte prestazioni delle rispettive celle FV. Una nuova serie di campioni di CMTS è stata inoltre depositata per studiare l’interdipendenza tra la composizione chimica, la presenza di gradienti composizionali (in particolare per lo Sn) e le formazioni di fasi secondarie.

Le misure di AS, sia dei campioni di CMTS del precedente triennio RdS che di questi nuovi, hanno evidenziato la presenza di tipologie diverse di difetti tra CZTS e CMTS ed hanno però confermato come i trattamenti post deposizione (PDT), ottimizzati per migliorare le prestazioni delle celle a base di CZTS, risultino vantaggiosi anche per i dispositivi a base di CMTS. Tuttavia, la presenza di ossigeno, rilevato nei FS dalle analisi XPS, sembra essere il principale problema alla base delle prestazioni FV molto contenute rilevate per tutti i campioni di CMTS fin qui depositati e questo potrà essere la base per future ricerche su questo calcogenuro. In merito al CFTS, accantonata la possibilità di utilizzare il processo a due fasi per la deposizione di questo calcogenuro investigata nel precedente triennio RdS, si è proceduto alla sintesi di grani mono-cristallini (monograin) da utilizzare per lo sviluppo di celle FV a FS basate sulla tecnologia “monograin-layer (MGL)”. Da riscontri di letteratura, questa tecnica si è già dimostrata promettente per lo sviluppo di dispositivi FV a base di altri calcogenuri.

La sintesi dei monograin di CFTS è stata studiata ed ottimizzata per ottenere campioni in polvere con grani a ridotta dispersione granulometrica, geometria similare delle particelle ed elevata purezza cristallografica. Questa attività è stata condotta in collaborazione con UNIMIB e l’Università di Tallinn e risultati ottenuti confermano l’opportunità di continuare su questo percorso di ricerca . Esplorando nuovi ambiti applicativi, il CFTS è stato inoltre testato in via preliminare come materiale anodico per batterie a ioni sodio.