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Sviluppo e caratterizzazione di celle a multigiunzione

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Sviluppo e caratterizzazione di celle a multigiunzione

Sono descritte le attività di sviluppo e caratterizzazione di celle a multi-giunzioneInGaP/InGaAs/Ge, che vanno dalla modellizzazione della cella solare, alla crescita epitassiale con un reattore MOCVD innovativo, fino alla fabbricazione di un dispositivo completo.

Mentre nel triennio 2009-2011 sono stati realizzati, nell’area del costituendo Polo Tecnologico di Piacenza, i Laboratori per il Fotovoltaico a Concentrazione, nel periodo di riferimento RSE ha intrapreso le attività di sviluppo del dispositivo a multi-giunzione, i cui risultati sono descritti in questo rapporto, mettendo a punto i processi realizzativi che vanno dalla modellizzazione della cella solare, alla crescita epitassiale, fino alla fabbricazione del dispositivo completo utilizzando, nelle attività di sviluppo, le diverse tecniche di caratterizzazione dei materiali e dei dispositivi acquisite negli anni precedenti. L’attività di modellizzazione delle celle a multi-giunzione ha riguardato la simulazione del comportamento elettrottico del dispositivo. Il modello realizzato è stato validato confrontando i risultati delle simulazioni con i dati sperimentali. La deposizione dei materiali semiconduttori è stata effettuata con un impianto MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) innovativo, che utilizza tecniche di diagnostica in-situ all’avanguardia e un nuovo sistema di riscaldamento, di specifica RSE, realizzatoallo scopo di ottenere un miglior controllo termico nel processo di deposizione. Le attività di sviluppo sono state indirizzate alla messa a punto delle migliori condizioni di crescita per i materiali che compongono il dispositivo a multi-giunzione fino alla realizzazione delle prime strutture epitassiali di celle a doppia e tripla giunzione, InGaAs/Ge e InGaP/InGaAs/Ge, prestando particolare attenzione allo sviluppo dei diodi tunnel di interconessione. Di particolare rilievo il risultato raggiunto sul diodo tunnel GaAs/AlGaAs che, inserito in una struttura a doppia giunzione InGaAs/Ge, ha mostrato un funzionamento adeguato fino a livelli di concentrazione pari a 4000 soli. Le attività “post growth” hanno riguardato diversi aspetti, in particolare: il miglioramento della tecnica litografica mediante fascio elettronico e lo sviluppo di “resist” a doppio strato, la mascheratura per metallizzazione della cella e per la deposizione dello strato antiriflettente, la caratterizzazione della metallizzazione del fronte e del retrodella cella in funzione dei parametri di trattamento termico, ed infine la deposizione dello strato antiriflesso, anche con l’utilizzo della tecnica IBAD (Ion Beam Assisted Deposition). Questa tecnica consente un addensamento del film deposto e la modificazione morfologica della superficie del film, quest’ultima allo scopo di realizzare nano-strutture che riducano la riflessione della luce incidente. A completamento delle attività di sviluppo del dispositivo, sono state effettuate le caratterizzazioni delle celle a multi giunzione con simulatore solare impulsato in concentrazione ed è stato migliorato il sistema per la misura della risposta spettrale. L’intensa attività sperimentale svolta ha consentito la realizzazionedi un “functional device” a doppia giunzione InGaAs/Ge, con valore di efficienza di conversione intorno al 23%, in accordo con i dati teorici. Tale risultato costituisce un traguardo fondamentale per la realizzazione dei dispositivi a tripla giunzione InGaP/InGaAs/Ge e inoltre ha consentito convalidare l’intera catena di produzione.

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