Materiali e Tecnologie per Green Energy
Referente: Mazzer Massimo
Low-Temperature Pulsed Electron Deposition
   PER MAGGIORI INFORMAZIONI: Stefano Rampino - +39 0521269282 - stefano.rampino@imem.cnr.it

 

La tecnica di deposizione Low-Temperature Pulsed Electron Deposition (LTPED) è una nuova tecnologia da vuoto per film sottili sviluppata da CNR-IMEM per la crescita a bassa temperatura di celle e moduli fotovoltaici su un'ampia gamma di substrati. 

Tutte le camere di deposizione LTPED utilizzate per produzione di celle solari in laboratorio sono state progettate e sviluppate da CNR-IMEM.

Un tipico cannone LTPED funziona a una pressione di ~10-3 mbar necessaria per formare una nube di plasma al suo interno. Alla fine del cannone, a pochi centimetri di distanza, è posizionato un supporto progettato per ospitare uno o più target circolari con diametro di 1 o 2 pollici e spessore di pochi mm. Ogni target è una fetta del materiale da depositare ottenuta da un lingotto o preformata tramite tecniche di sinterizzazione. Dal target viene estratto il materiale da depositare su un apposito substrato che può essere plastico, vetroso o metallico.

In linea di principio i film sottili fotovoltaici possono essere depositati mediante un'ampia gamma di tecniche diverse. Nel caso di CuInGaSe2 (CIGS), il materiale di base delle nostre celle solari, co-evaporazione e sputtering sono attualmente utilizzati nei processi di produzione industriale. Ciò che rende unico il processo LTPED rispetto alle tecnologie alternative è il fatto che opera lontano dall'equilibrio termodinamico. A causa di ciò, pellicole sottili di materiali con un diagramma di fase molto complesso, come CIGS o YBCO, possono essere ottenuti in vuoto senza la necessità di trattamenti post-deposizione ad alta pressione o ad alta temperatura che coinvolgono anche gas tossici.

La componente principale di un sistema di deposizione di elettroni pulsati è la sorgente del fascio di elettroni. Le nostre apparecchiature di ricerca sono basate su sorgenti di elettroni pulsati Neocera PEBS-20 montate a circa 45°rispetto al supporto del bersaglio e funzionano a una tensione di scarica tra 12 kV e 18 kV con una frequenza di ripetizione dell'impulso attivata di 10 Hz.

I bersagli sono posizionati appena sotto le fonti di elettroni, mentre i substrati delle celle solari sono montati capovolti su un supporto di campionamento orizzontale rivolto verso la superficie del bersaglio. Durante il processo di deposizione, l'argon viene immesso nella camera per consentire la generazione del fascio di elettroni e la sua propagazione efficace verso il bersaglio. Una deposizione di successo di qualità fotovoltaica CIGS si ottiene accordando i parametri di deposizione al fine di ottimizzare l'ablazione target e minimizzare qualsiasi effetto di evaporazione secondaria.

Ulteriori dettagli sul processo LTPED e sulle caratteristiche delle celle di prova CIGS fabbricate con questa tecnologia si trovano in questa carta.

Il seguente video è una panoramica della tecnologia LTPED e la sua applicazione per la fabbricazione di celle solari CIGS in scala di laboratorio.