Il fotovoltaico (FV) è la più promettente fonte di energia rinnovabile che può soddisfare la richiesta a livello globale, ed al contempo, ridurre drasticamente l’apporto di CO₂ in atmosfera. Per rafforzare progressivamente la posizione del FV come principale fonte di energia, e poter sfruttare quindi i vantaggi a questo correlati, è indispensabile una riduzione dei costi di produzione dei moduli FV e/o un miglioramento delle prestazioni dei dispositivi FV. In particolare, le celle solari a film sottile (FS) si pongono come una potenziale via per ridurre il costo dei moduli, in quanto permettono una riduzione del materiale attivo impiegato, l’implementazione su substrati flessibili e l’uso di processi produttivi di facile implementazione.

Questi due ultimi aspetti sono indispensabili per realizzate un FV integrato (BIPV) su grande scala. Attualmente, i materiali sviluppati per celle solari a FS (es: CdTe, CIGS) si basano su elementi rari (Te, In) e tossici (Cd), che limitano queste tecnologie in termini di potenza complessiva installabile. Per espandere il mercato dei sistemi a FS sulla scala del TW, si è deciso di studiare le proprietà di due nuovi composti ad elevata abbondanza naturale appartenenti alla famiglia di calcogenuri Cu₂M(II)M(IV)S₄. L’attività ha riguardato la crescita di FS di Cu₂MnSnS₄ (CMTS) and Cu- 2FeSnS4 (CFTS).

Per la prima volta, questi composti sono stati depositati mediante una tecnica in vuoto a due-fasi: un processo di deposizione fisica da fase vapore (DFV) è stato utilizzato per la realizzazione di un multistrato di precursori metallici, successivamente trattato termicamente in vapori di zolfo. Sono stati testati due processi DFV differenti: l’evaporazione termica per la deposizione del CMTS e lo sputtering per il CFTS. Il controllo (riproducibilità) e l’effetto dei principali parametri di processo sono stati messi in correlazione con la qualità dei FS (omogeneità, stechiometria e formazioni fasi secondarie).

I processi di crescita sono stati ottimizzati attraverso lo studio delle proprietà strutturali, morfologiche, composizionali dei FS depositati. Sono state finalizzate celle solari prototipali di CMTS che, anche attraverso opportuni trattamenti termici, hanno raggiunto una efficienza massima di 0.83% (Vo_c: 354 mV, I_sc: 5.8 mA/cm^₂, FF: 40%). Questo valore è attualmente il record mondiale di efficienza per dispositivi FV a base di CMTS.