I moduli al silicio dominano il mercato del fotovoltaico grazie a costo contenuto, elevata affidabilità e buona efficienza, prossima a quella teorica per celle di laboratorio (27,6% vs 29,4%). Per aumentare le prestazioni, la ricerca si è orientata verso l’accoppiamento del Si con altri materiali per realizzare celle solari con due giunzioni, dette celle tandem. Queste celle sono costituite da un materiale superiore (cella top) semitrasparente, che opera con una porzione dello spettro solare e trasmette l’altra parte al Si sottostante (bottom). Studi indicano efficienze ideali superiori al 40%, mentre sperimentalmente si è già superata la soglia del 30%.

Come materiale assorbitore della cella top per tandem su Si, sono comunemente indagati i materiali FV più maturi come III-V, CIGS e perovskiti, ma la loro applicazione è limitata dalla presenza di elementi rari e/o inquinanti, elevati costi di fabbricazione, ridotta energy gap e/o scarsa stabilità nel lungo termine. Risulta dunque interessante poter sviluppare semiconduttori innovativi ad alta band gap (circa 2 eV), dal costo comparabile a quello del Si, per realizzare celle tandem a 4 terminali con elevata efficienza. Tra i materiali proposti in letteratura, il nitruro ternario Zn-IV-N₂ (dove IV=Sn, Ge, Si) desta particolare interesse poiché (i) ha alta energy gap, anche modulabile variandone la composizione; (ii) mostra elevato coefficiente di assorbimento; (iii) è costituito da elementi non tossici; (iv) può essere depositato in film sottili con tecniche a basso costo.

Nel presente progetto è stata studiata la deposizione di ZnSnN₂ (ZTN) via Sputtering DC e High-Power Impulse Magnetron Sputtering (HiPIMS), tecnica pulsata con picchi di potenza elevata che consente di ottenere materiali di elevata qualità. Nella prima fase, sono state esplorate le deposizioni da target di Zn e Sn in atmosfera inerte e reattiva, confrontando i processi di sputtering HiPIMS e DC. Successivamente si è indagato il co-sputtering DC reattivo di Zn e Sn in N₂ per ottenere il semiconduttore ZTN.

I film sono stati caratterizzati con microscopia elettronica a scansione (SEM) mostrando morfologia colonnare, diffrazione a raggi X (XRD) e Raman per determinare le fasi cristalline. Lo sviluppo successivo ha riguardato la determinazione dei parametri per ingrandire i grani del film, migliorare la cristallinità, ridurre il contenuto di ossigeno e investigare le proprietà elettriche dello ZTN.