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Dipartimento di Ingegneria, ICT e Tecnologie per l’Energia e i Trasporti Brevetti Titolo Metodo di fabbricazione di celle solari a film sottile. Rif. CNR 10335 Titolare(i): CNR Istituto: IMEM Inventore di riferimento: Stefano Rampino Territori di vigenza: IT Data di priorità: 26/05/2014 Abstract L’invenzione riguarda la realizzazione di celle solari a film sottile tramite processo di deposizione a elettroni pulsati (Pulsed Electron Deposition o PED). L’utilizzo di questa tecnica consente la fabbricazione di celle solari con un netto abbassamento dei costi (temperature più basse e ottimo trasferimento stechiometrico del materiale da target a substrato). Le idee sviluppate sono applicabili a questo tipo di processo e prevedono la soluzione di due criticità importanti: l’uniformità di deposizione su ampie aree e l’aumento della stabilità del processo PED nel tempo. La prima è risolta tramite l'ottimizzazione di un array di sorgenti PED disposte al di sotto di un substrato opportunamente movimentato e la seconda dall'applicazione del riscaldamento direttamente al substrato tramite l'effetto Joule (limitando dispersioni ed elementi massivi molto caldi in camera da vuoto). Background Il CuInGaSe (CIGS) è un materiale di grande interesse per l’applicazione nel campo del fotovoltaico. Grazie al 2 suo elevatissimo coefficiente di assorbimento ottico, il CIGS riesce ad assorbire la totalità della luce solare in pochi micron di spessore permettendo di realizzare celle con valori di efficienza superiori al 20%. Tuttavia, le tecniche utilizzate finora (co-evaporazione e sputtering) necessitano di alte temperature del substrato (500- 600°C) e causano elevati sprechi di materiale sulle pareti della camera di deposizione. Tecnologia Grazie alle caratteristiche della tecnica PED, la crescita dello strato avviene preservando completamente la stechiometria del materiale di partenza (target) anche a basse temperature (300°C). Nonostante questo, le temperature in gioco portano ad un degrado delle prestazioni della sorgente se mantenute per lunghi periodi e la deposizione da singolo cannone non garantisce una elevata resa di produzione industriale. Vantaggi e Applicazioni La tecnologia oggetto del brevetto nasce dalla necessità di inserire la tecnica PED all’interno di una linea di produzione in continuo di moduli fotovoltaici e permette sia di mantenere altre prestazioni delle sorgenti per lunghi periodi, grazie al riscaldamento del solo substrato tramite effetto Joule, sia di crescere mini-moduli di 2 16x16cm , grazie all’opportuna di disposizione di un array di sorgenti PED. Stadio di Sviluppo Sono state cresciute tramite PED diverse celle solari con efficienza superiore al 15% utilizzando come substrato un vetro metallizzato e riscaldamento tramite effetto joule; è in fase di completamento una macchina per lo sviluppo pre-industriale di un sistema di produzione in continuo di celle solari a film sottile di CIGS basato sulla tecnica PED in cui le sorgenti sono state posizionate secondo i risultati ottenuti in questi studi. 64