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Nuovi calcogenuri a film sottile per un FV sostenibile

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Nuovi calcogenuri a film sottile per un FV sostenibile

L’attività del PAR 2017 integra quando realizzato in questo triennio circa lo sviluppo di nuovi calcogenuri per dispositivi FV a film sottile (FS) quali il Cu2MnSnS4 (CMTS) e Cu2FeSnS4 (CFTS). Alla validazione di composti ad elevata abbondanza naturale proposto in questa sperimentazione, è legata una larga diffusione di questa tecnologia ed quindi una miglior gestione della domanda dienergia elettrica. Con l’installazione presso RSE di un nuovo impianto di sputtering a geometria confocale, si è proseguito lo sviluppo e l’ottimizzazione dei parametri di deposizione di FS di CMTS e CFTS confrontando quanto ottenuto mediante evaporazione nelle passate annualità.

L’attività del PAR 2017 completa quando realizzato in questo triennio circa lo sviluppo di nuovi calcogenuri per dispositivi fotovoltaici (FV) a film sottile (FS) quali il Cu2MnSnS4 (CMTS) eCu2FeSnS4 (CFTS). Alla validazione di composti ad elevata abbondanza naturale, proposta in questa sperimentazione, è legata una larga diffusione di questa tecnologia, particolarmente adatta per applicazioni su edifici, e quindi una miglior gestione della domanda di energia elettrica, grazie a più elevate quote di autoconsumo. L’installazione di un nuovo impianto di sputtering con tre target ingeometria confocale ha permesso di proseguire nel periodo di riferimento del PAR 2017 lo sviluppo e l’ottimizzazione dei parametri di deposizione di FS di nuovi calcogenuri CMTS e CFTS. I risultati ottenuti con il processo evaporativo nelle passate annualità sono stati confrontati con il processo di deposizione sputtering dei precursori. La versatilità e l’ottimo controllo dei flussi di materiale in fase di deposizione ottenuti mediante il processo sputtering ha permesso di depositare campioni di CMTS con ottime proprietà chimico-fisiche. Le Misure XRD e Raman hanno confermato, grazie al miglior controllo in fase di deposizione dei precursori metallici, la presenza di solo minime quantità (<2%wt.) della fase secondaria Cu7.38(11)Mn4Sn12S32, le cui presenza con concentrazioni mai inferiori al 6-7% erano già state individuate anche nei campioni prodotti per evaporazione.

Grazie alla qualità dei FS ottenuti, siè inoltre potuto studiare l’effetto di altri parametri sperimentali, che non erano stati presi fin ad ora in considerazione. In particolare, la correlazione che lega le proprietà del contatto retro in Mo utilizzato come substrato, e la capacità del sodio di diffondere dal substrato a passivare i difetti nel CMTS. Per quanto riguarda il CFTS, sono state testate varie soluzioni tecnologiche per ovviate al problema intrinseco associato alla deposizione sputtering di materiali ferro magnetici. La soluzione migliore è stata identificata nella deposizione del Fe a partire da un target misto di Cu-Fe (1:1 at.). In generale, i risultati ottenuti al termine di questo triennio confermano sia la validità dei presupposti da cui questa attività è stata avviata da RSE, sia la qualità del lavoro svolto che ha permesso di realizzare dei dispositivi FV funzionanti (a base di CMTS), ma soprattutto di identificare un processo di deposizione ottimale su cui basare il proseguo delle attività.

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