Lo sviluppo di nuovi materiali per applicazioni fotovoltaiche (FV) basati su elementi ad elevata abbondanza naturale, ed in particolare legati alle tecnologie a film sottile (FS), sono di strategica importanza per massimizzare la produzione di energia da fonti rinnovabili fino alla scala dei Terawatt (TW). Due classi di materiali di particolare interesse sono state identificate.
Da un lato, si propone l’uso di materiali FV alternativi al CuInGaSe2, basati su metalli abbondanti, come per il Cu2ZnSnS4 (CZTS). Attività di ricerca sul CZTS sono viste come propedeutiche allo studio della più vasta famiglia di composti Cu2M(II)M(IV)S4 con M(II) = Mn, Fe, Co, Ni, e M(IV)= Si, Ge, Sn. La seconda famiglia di materiali di interesse è quella degli ossidi conduttivi trasparenti (TCO), utilizzati per la realizzazione dei contatti frontali nelle celle FV a FS o in altri dispositivi elettro-ottici. Di particolare interesse è la validazione di TCO alternativi basati su elementi abbondanti, in grado di garantire conducibilità e trasmittanza ottimali. Per migliorare queste prestazioni ed estendere il loro utilizzo a nuove ambiti (es: FV a concentrazione (CPV)) possono essere realizzate ed investigate strutture composite tra TCO e materiali conduttivi nanostrutturati (nanofili, grafene, etc.).
L’attività svolta è uno studio di fattibilità che RSE ha inteso avviare in questi due ambiti, avvalendosi della strumentazione e delle competenze a sua disposizione. Questa ha richiesto sia l’ottimizzazione di processi di deposizione di FS di CZTS e TCO, che la caratterizzazione dei materiali depositati e dei dispositivi FV. Un efficienza massima del 2,8% è stata ottenuta su celle prototipali a base di CZTS. Questo risultato è estremamente incoraggiante se riferito al tempo limitato avuto per l’ottimizzazione delle varie fasi del processo.
Sono stati preparati FS di TCO con trasparenza e conducibilità allo stato dell’arte mediante evaporazione con fascio elettronico e assistenza di fascio ionico (tecnica IBAD), senza sottoporre i campioni ad ulteriori trattamenti termici. E’ stata inoltre sondata la possibilità di realizzare in maniera controllata strutture composite TCO/nanofili/TCO per aumentare la conducibilità elettrica con risultati promettenti ancorché preliminari.
In conclusione, lo studio di fattibilità proposto ha conseguito risultati di qualità al livello dello stato dell’arte e indicazioni promettenti per una prosecuzione delle attività sperimentali nel campo dei materiali innovativi sia per il FV a FS e CPV, che per altri ambiti nel sistema elettrico ed energetico, per cui è richiesto un controllo/modulazione della conducibilità.