Questo rapporto descrive l’attività di ottimizzazione dei processi di crescita e finalizzazione di celle solari fotovoltaiche (FV) a base di film sottili (FS) di Cu₂ZnSnS₄ (CZTS). Per meglio pianificare ed indirizzare l’attività sperimentale, è stata svolta una approfondita analisi della letteratura di riferimento. Particolare attenzione è stata posta per identificare tutta una serie di processi innovativi descritti in letteratura allo scopo di massimizzare le prestazioni di questi dispositivi FV. In RSE, il CZTS è stato depositato con un processo a due fasi, che prevede prima la deposizione dei precursori metallici mediante sputtering e successivamente la solforazione. Per quanto riguarda gli altri strati utilizzati per la finalizzazione di questi dispositivi FV, particolare attenzione è stata posta sia nell’ottimizzazione del film sottile (FS) di Molibdeno (Mo) utilizzato come contatto sul retro del dispositivo, che all’effetto dei parametri di processo nella deposizione del Solfuro di Cadmio (CdS) che accoppiato al CZTS forma la giunzione p-n del dispositivo.

Dall’ottimizzazione dei principali parametri di processo sia a livello di deposizione del CZTS che di finalizzazione delle celle FV sono stati ottenuti campioni con efficienza ≈3%; contestualmente è stata verificata la buona riproducibilità del processo anche per campioni di elevate dimensioni (3.5 x 7.5cm²).  Per migliorare ulteriormente le prestazioni sono stati studiati gli effetti dell’introduzione di due trattamenti innovativi in fase di finalizzazione del dispositivo: i) un trattamento chimico post solforazione e ii) un trattamento termico post deposizione del CdS. La combinazione di questi processi ha condotto ad un miglioramento delle prestazioni finali di oltre il 35%. La miglior cella a base di CZTS realizzata presso RSE nel corso di questa attività ha ottenuto un’efficienza di conversione pari a circa 4.5%, con Jsc=15.1mA cm^-2, Voc 561mV e FF=54%.

Complessivamente, i risultati raggiunti sia a livello di prestazioni che di controllo del sistema indicano una buona riproducibilità del processo produttivo adottato e costituiscono quindi essenziali basi di partenza per le prossime attività in cui è prevista la validazione di nuovi calcogenuri ad elevata abbondanza naturale (CFTS e CMTS) per applicazioni FV.