In continuità con il precedente periodo di Ricerca di Sistema (RdS), è proseguita l’attività di sviluppo di celle a multi-giunzione (MJ) per l’applicazione nel fotovoltaico a concentrazione solare (CPV), basate sui composti III-V e IV, in cui sono state esplorate nuove architetture di celle. È stata sviluppata una cella a doppia giunzione (2J) di Ge a gradino, a tre terminali (3T), con il terzo terminale ad anello, in cui le due giunzioni posso interagire per effetto transistor.

La struttura 2J Ge-3T, mai realizzata prima d’ora, presenta caratteristiche peculiari che sono state studiate attraverso la simulazione, realizzata con un programma sviluppato “ad hoc”, ed una intensa attività di caratterizzazione strutturale con HRXRD, SEM, AFM e ECV.

Per poter effettuare la caratterizzazione elettrottica del dispositivo a MJ a 3T sono stati appositamente adattatati gli apparati misura di efficienza quantica e di caratterizzazione corrente-tensione al buio e al simulatore solare. È stato accertato che l’effetto transistor può determinare in condizioni di irraggiamento pari ad un sole una densità di corrente nella cella botton di Ge che risulta anche del 100% superiore a quella che viene prodotta dall’irraggiamento. In concentrazione, la struttura della cella a gradino, riduce il beneficio dell’effetto transistor.

Il buon funzionamento del dispositivo ha permesso di confermare che è possibile controllare il drogaggio delle giunzioni al Ge quando sono depositate nella medesima camera di crescita usata per la deposizione degli elementi III-V. Per la realizzazione del dispositivo 2J Ge-3T sono stati messi a punto sia il processo litografico che quello chimico, per arrivare alla deposizione dei metalli e dei coatings antiriflettenti, fino alla singolazione del dispositivo e alla sua integrazione in una basetta per agevolare le misure elettrottiche.

Sono state, inoltre, svolte attività riguardanti le simulazioni di strutture di celle a SJ di (Al)InGaP e di Ge e di coatings antiriflettenti innovativi ad indice di rifrazione graduale successivamente realizzati combinando la tecnica di deposizione Magnetron Sputtering con la tecnica Glancing angle deposition. Le simulazioni delle celle e dei coating a SJ di Ge sono state validate rispettivamente con misure sperimentali di EQE e di riflettanza. Entrambe le misure hanno permesso di effettuare una validazione preliminare delle proprietà ottiche dei materiali utilizzati.

Al fine di ridurre ulteriormente le perdite per riflessione, è stata progettata una griglia metallica frontale con rebbi a profilo triangolare anziché rettangolare. E’ stato infine condotto uno studio preliminare sul plasma etcher, per ottenere profili di attacco verticali necessari per una realizzazione avanzata del dispositivo CPV a MJ a 3T. I risultati ottenuti consentiranno di proseguire la ricerca verso la realizzazione del dispositivo a quadrupla giunzione (QJ) InGaP/InGaAs/Ge/Ge e hanno aperto anche il campo allo sviluppo di una nuova tipologia di dispositivi a MJ che permetterebbero di combinare diversamente i valori di energy gap dei materiali semiconduttori rispetto a quanto fino ad oggi proposto.