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impaginato corretto fullone_Layout 1 13/10/15 12.08 Pagina 38 Dipartimento di Ingegneria, ICT e Tecnologie per l’Energia e i Trasporti Brevetti Titolo Titolo Metodo di realizzazione di celle solari multistrato a Metodo di realizzazione di celle solari multistrato a film sottile. film sottile. Rif. CNR 10000 Rif. CNR 10000 Titolare(i): CNR Istituto: IMEM Inventore di riferimento: Edmondo Gilioli Territori di vigenza: IT Data di priorità: 21/11/2008 Abstract Abstract L’invenzione si riferisce ad un metodo di realizzazione di celle solari multistrato a film sottile tramite L’invenzione si riferisce ad un metodo di realizzazione di celle solari multistrato a film sottile tramite processo di deposizione a elettroni pulsati (Pulsed Electron Deposition o PED). Questo processo permette processo di deposizione a elettroni pulsati (Pulsed Electron Deposition o PED). Questo processo permette di depositare lo strato assorbitore della cella solare, il Cu(In,Ga)Se2 (o CIGS) con la composizione chimica di depositare lo strato assorbitore della cella solare, il Cu(In,Ga)Se2 (o CIGS) con la composizione chimica desiderata in un unico step, senza il bisogno di ulteriori stadi di aggiustamento del rapporto tra cationi o desiderata in un unico step, senza il bisogno di ulteriori stadi di aggiustamento del rapporto tra cationi o di selenizzazione. Mediante la tecnica PED, è altresì possibile completare la deposizione degli altri strati di selenizzazione. Mediante la tecnica PED, è altresì possibile completare la deposizione degli altri strati che compongono la cella solare (buffer layer, ossidi trasparenti conduttivi) nello stesso sistema da vuoto, che compongono la cella solare (buffer layer, ossidi trasparenti conduttivi) nello stesso sistema da vuoto, ruotando un carosello contenente i target dei diversi materiali. Grazie a questa tecnica sono state ruotando un carosello contenente i target dei diversi materiali. Grazie a questa tecnica sono state ottenute celle solari con efficienza fotovoltaica superiore al 17%. ottenute celle solari con efficienza fotovoltaica superiore al 17%. Background Background Le celle solari a film sottile di CuInGaSe2 (CIGS) rappresentano una valida alternativa al fotovoltaico basato Le celle solari a film sottile di CuInGaSe2 (CIGS) rappresentano una valida alternativa al fotovoltaico basato su Silicio, in quanto necessitano di circa 1/100 di materia prima per assorbire la stessa quantità di luce su Silicio, in quanto necessitano di circa 1/100 di materia prima per assorbire la stessa quantità di luce solare e trasformarla in corrente elettrica. Questo risparmio di materiale ha grosse ricadute in termini di solare e trasformarla in corrente elettrica. Questo risparmio di materiale ha grosse ricadute in termini di costi dell’elettricità prodotta: nel fotovoltaico a film sottile ha già raggiunto valori minori di 0.50$/Wp, costi dell’elettricità prodotta: nel fotovoltaico a film sottile ha già raggiunto valori minori di 0.50$/Wp, mentre la tecnologia tradizionale a Si non riesce a costare meno di 0.70$/Wp. mentre la tecnologia tradizionale a Si non riesce a costare meno di 0.70$/Wp. Tecnologia Tecnologia La tecnologia PED si basa sull’interazione tra un fascio elettronico pulsato ad alta potenza ed un target del La tecnologia PED si basa sull’interazione tra un fascio elettronico pulsato ad alta potenza ed un target del materiale che si vuole depositare come film sottile (ad es. CIGS). Lo scambio di energia tra fascio e target materiale che si vuole depositare come film sottile (ad es. CIGS). Lo scambio di energia tra fascio e target causa l’ablazione istantanea di quest’ultimo, che evapora sotto forma di plasma ad alta energia, causa l’ablazione istantanea di quest’ultimo, che evapora sotto forma di plasma ad alta energia, ricondensandosi su un substrato posto di fronte al target. Questa evaporazione avviene preservando ricondensandosi su un substrato posto di fronte al target. Questa evaporazione avviene preservando completamente la stechiometria: target e film sottile hanno la stessa composizione chimica. completamente la stechiometria: target e film sottile hanno la stessa composizione chimica. Vantaggi e Applicazioni Vantaggi e Applicazioni Mentre i processi tradizionali (evaporazione termica o sputtering) per la deposizione del CIGS si basano su Mentre i processi tradizionali (evaporazione termica o sputtering) per la deposizione del CIGS si basano su complicati multi-step successivi, il processo di fabbricazione PED del CIGS avviene in un unico stadio di complicati multi step successivi, il processo di fabbricazione PED del CIGS avviene in un unico stadio di trasferimento, velocizzando i tempi di fabbricazione delle celle solari. Inoltre la possibilità di fabbricare trasferimento, velocizzando i tempi di fabbricazione delle celle solari. Inoltre la possibilità di fabbricare l’intera cella solare tramite PED in vuoto riduce sia i tempi che rischi di contaminazione atmosferica. l’intera cella solare tramite PED in vuoto riduce sia i tempi che rischi di contaminazione atmosferica. Stadio di Sviluppo Stadio di sviluppo Sono state ottenute celle solari basate su CIGS cresciuto con PED con efficienza superiore al 17%, molto Sono state ottenute celle solari basate su CIGS cresciuto con PED con efficienza superiore al 17%, molto vicino al record mondiale per questo tipo di celle (20%). Le celle interamente fabbricate mediante PED vicino al record mondiale per questo tipo di celle (20%). Le celle interamente fabbricate mediante PED presentano efficienze superiori al 6%. Sono state ottenute celle con efficienza > 5% su substrati insoliti, come presentano efficienze superiori al 6%. Sono state ottenute celle con efficienza > 5% su substrati insoliti, ceramica e polimeri. 38 come ceramica e polimeri.