Preparazione di film sottili di Zn(S,O,OH) mediante deposizione da bagno chimico

Abstract

Il fotovoltaico (PV) è una delle fonti di energia rinnovabile più promettenti nella lotta contro il cambiamento climatico. Le celle solari basate su Cu(In,Ga)Se₂ (CIGS) rappresentano una delle tecnologie fotovoltaiche più interessanti grazie alla loro stabilità ed efficienza. Le celle solari tradizionali sono opache, limitandone l'uso sulle facciate degli edifici. Recentemente, sono state sviluppate celle solari semi-trasparenti che possono potenzialmente sostituire le finestre, permettendo così la raccolta di luce anche in situazioni dove il fotovoltaico tradizionale non è applicabile. Questa è la direzione di ricerca del progetto europeo "TRANSMIT", che si concentra sullo sviluppo di celle solari semi-trasparenti sfruttando anche la tecnologia CIGS. Nell'architettura tradizionale dei dispositivi CIGS, la giunzione pn si forma tra il CIGS e uno strato di CdS che è un composto tossico preparato tramite deposizione da bagno chimico. Inoltre, tale strato ha una colorazione giallastra che impedisce la neutralità cromatica del dispositivo semi-trasparente. Di conseguenza, proponiamo la sostituzione del CdS con Zn(O,S,OH) depositato chimicamente, prima su quarzo/vetro e successivamente su Cu(In,Ga)Se₂ a strisce preparato presso il Laboratorio Internazionale Iberico di Nanotecnologia. Questo materiale è più sicuro del CdS, è incolore, trasparente e il suo gap energetico può essere modulato controllando il contenuto di zolfo. Per indagare la morfologia e la composizione dei film sottili vengono impiegate le tecniche SEM-EDS e ICP-OES. Durante il bagno chimico, temperatura e pH vengono monitorati nel tempo; tali informazioni saranno poi utilizzate per l'interpretazione dei diagrammi di speciazione preparati con il software Hyss, con l'obiettivo di approfondire la comprensione della chimica alla base del processo di deposizione.

Photovoltaics (PV) is among the most promising sources of renewable energy to fight climate change. Cu(In,Ga)Se₂ (CIGS) based solar cells are among the most interesting PV technology due to their stability and their efficiency. Traditional solar cells are opaque limiting their use onto buildings' facade. Recently, scientists have been developed semi-transparent solar cells which can potentially replace windows hence collecting light even where it is not possible with traditional photovoltaics. This is the research direction of the European founded project "TRANSMIT" which focuses on the development of semi-transparent solar cells also exploiting CIGS technology. In the traditional CIGS device architecture the pn-junction is formed between CIGS and a toxic CdS layer prepared trough chemical bath deposition. In addition, such a layer is yellowish preventing the colour neutrality of the semi-transparent device. Consequently, we propose the replacement of CdS with chemical bath deposited Zn(O,S,OH) grown before onto quartz/glass and eventually onto striped Cu(In,Ga)Se₂ prepared at the International Iberian Nanotechnology Laboratory. Such a material is safer than CdS, is colourless, transparent, and its bandgap can be tuned by controlling the sulphur content. SEM-EDS and ICP-OES shall be employed to investigate the morphology, thickness and composition of the thin films. During the chemical bath, the temperature and the pH will be acquired overtime, such information is then exploited in the interpretation of speciation diagrams prepared trough Hyss software with the aim of enhancing the chemistry behind the deposition.