Il progetto ha approfondito la deposizione di film sottili del nitruro ZnSnN₂ (ZTN) tramite sputtering reattivo DC (Direct Current) e HiPIMS (High-Power Impulse Magnetron Sputtering), per indagare la fattibilità del processo e studiare lo ZTN per applicazioni fotovoltaiche in celle solari tandem su Si. Sono stati indagati parametri di deposizione per ottimizzare i film di ZTN, utilizzando tecniche di caratterizzazione come SEM, EDX, XRD, Raman, ellissometria e analisi elettriche.

Si è evidenziata l’importanza del rapporto Zn/Zn+Sn nei film, con 0,67 come soglia critica per evitare ossidazione incontrollata. Con lo sputtering DC, l’aumento della temperatura del substrato ha migliorato la cristallinità e ridotto il contenuto d’ossigeno. Sia con DC che con HiPIMS si è ottenuto un controllo composizionale. Con HiPIMS, a temperatura ambiente si è dimostrato di poter sintetizzare film di ZTN con morfologia e cristallinità comparabili a quelli ottenuti in DC con riscaldamento del substrato (> 200 °C) e l’applicazione di una polarizzazione ha consentito di ottimizzare lo ZTN riducendo la concentrazione di portatori liberi fino a 2,5×10¹⁸ cm^-3. Mediante ellissometria si è stimata una band gap di circa 1,55 eV, coerente con i risultati disponibili in letteratura, e si sono determinati indice di rifrazione e coefficiente di estinzione.

Sono stati inoltre identificati contatti ohmici (Au, Au/Ni) e rettificanti (Ag) sullo ZTN, fondamentali per le misure elettriche, e si è determinata la natura ohmica del contatto tra ZTN e vari substrati (FTO, ITO e Mo), sebbene si sia rilevata una certa instabilità del film su di essi. Anche la degradazione nel tempo, osservata principalmente su ZTN depositato via HiPIMS e riconducibile ad ossidazione del film, necessita di ulteriori indagini.

In conclusione, lo sputtering HiPIMS ha consentito di depositare ZTN di ottima qualità anche a temperatura ambiente, con caratteristiche superiori a quanto ottenuto con processo DC. In futuro, sarà necessario ricercare il controllo del drogaggio e del band gap per poter realizzare ZTN come assorbitore top in celle tandem su Si. La letteratura suggerisce che lo ZTN possa diventare di tipo p drogando con Li, che funge da accettore poco profondo. Tuttavia, limitare il drogaggio di tipo n non intenzionale risulta difficile e il Li interstiziale può generare siti donori, rendendo il drogante inefficace. L’ingegnerizzazione del band gap, per valori prossimi a 2 eV, necessita l’introduzione di elementi (ad es: Ge, Ti) per formare leghe quaternarie.