L’attività di ricerca svolta si è proposta di realizzare rivestimenti ottici antiriflettenti di tipo nanostrutturato per aumentare la quantità di radiazione che riesce a penetrare all’interno dei materiali semiconduttori usati nei dispositivi optoelettronici come le celle fotovoltaiche. Lo scopo è di aumentare l’efficienza complessiva di conversione ottico-elettrica dei moduli fotovoltaici a concentrazione e dei dispositivi optoelettronici come celle fotovoltaiche multi-giunzione.
Per la realizzazione dei suddetti rivestimenti antiriflettenti, che dovranno essere posti su substrati aventi elevati indici di rifrazione, sono state studiate le seguenti tecniche:
1. l’evaporazione obliqua di SiO2 su materiali ad alto indice di rifrazione;
2. la tecnica delle “Breath Figures” su materiali ad alto indice di rifrazione [1].
Per la tecnica dell’evaporazione obliqua di SiO2 l’attenzione è stata rivolta a:
– ottimizzare gli angoli di evaporazione per migliorare la trasmissione del rivestimento utilizzando un substrato di vetro;
– realizzare una crescita obliqua di SiO2 su materiali ad alto indice di rifrazione;- caratterizzare e comparare le prestazioni dei rivestimenti depositati mediante evaporazione obliqua.
I rivestimenti nanostrutturati ottenuti mediante evaporazione obliqua di SiO2 sono dapprima stati ottimizzati depositandoli su una lastra di vetro. E’ stato ottenuto un incremento della trasmissione luminosa su un esteso intervallo spettrale e su un ampio campo di angoli di incidenza, con valori massimi di trasmissione superiori al 99%. E’ stato misurato l’angolo ottimale di evaporazione per un singolo strato nanostrutturato. il valore è di 65°.
Sono stati successivamente cresciuti rivestimenti nanostrutturati su materiali ad alto indice di rifrazione includendo uno strato planare intermedio realizzato con Ta2O5 per migliorare le prestazioni. In questo caso la componente diffusa dalla superficie rivestita non è aumentata rispetto al caso non rivestito, mentre la componente riflessa è scesa mediamente da un valore superiore al 30% ad un valore inferiore al 5%. Anche in questo caso l’effetto antiriflettente è presente su un esteso intervallo spettrale ed un ampio campo di angoli di incidenza.
Per quanto riguarda la tecnica delle “Breath Figures” l’attività ha rappresentato la prosecuzione della ricerca, svolta nel periodo precedente nell’ambito del presente progetto di Ricerca di Sistema, sui rivestimenti nano-strutturati realizzati in materiale elastomerico (PDMS), effettuata in collaborazione con l’istituto ISMAC (Istituto per lo Studio delle Macromolecole) del CNR.
L’attività prevedeva lo sviluppo prototipale di rivestimenti antiriflesso nano-strutturati su materiali ad alto indice di rifrazione utilizzando materiali elastomerici (PDMS) e un processo di autoassemblaggio. Una volta depositati gli strati antiriflettenti sulla superficie di un materiale semiconduttore (avente elevato indice di rifrazione per simulare la presenza della sottostante cellafotovoltaica) è stato valutato il miglioramento, in termini di riduzione della radiazione riflessa e diffusa dalla superficie del rivestimento, prodotto dai rivestimenti nanostrutturati.
Le componenti ottiche riflesse e diffuse sono state ridotte di oltre il 30% per effetto del rivestimento nanostrutturato in PDMS. Il miglioramento è stato ottenuto su un ampio campo di angoli di incidenza e di lunghezze d’onda.