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Studio della Morfologia di Film Sottili di Silicio Nanocristallino Idrogenato per Applicazioni Fotovoltaiche mediante Microscopia a Forza Atomica

Informazioni tesi

  Autore: Marco Marzocchi
  Tipo: Laurea liv.I
  Anno: 2008-09
  Università: Università degli Studi di Bologna
  Facoltà: Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali
  Corso: Scienze e tecnologie fisiche
  Relatore: Daniela Cavalcoli
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 58

Nel presente lavoro di tesi in particolare sono state effettuate analisi morfologiche su una serie di campioni di nc-Si:H mediante tecniche di Microscopia a Forza Atomica (AFM).
Nel primo capitolo, dopo una breve spiegazione del funzionamento di una cella fotovoltaica, vengono analizzate le proprietà necessarie affinché un materiale possa essere utilizzato in questi dispositivi. Successivamente, vengono descritte le attuali tecnologie impiegate nel campo delle celle fotovoltaiche con particolare attenzione per i film sottili di a-Si:H e nc:Si-H.
Nel secondo capitolo viene descritto il funzionamento di un microscopio AFM e le tecniche di microscopia utilizzate per compiere le analisi morfologiche effettuate sui campioni.
Nel terzo capitolo invece vengono descritte le analisi statistiche e i metodi di elaborazione delle immagini impiegati, oltre ai parametri di crescita dei singoli campioni analizzati.
Infine, nel quarto capitolo vengono mostrati i risultati ottenuti dalle analisi morfologiche. In particolare vengono messi in relazione i valori ottenuti per alcune grandezze di particolare interesse, ovvero roughness superficiale e dimensione media dei grani, con le proprietà dei campioni e i parametri di crescita adottati.

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v Introduzione Nonostantel’energiaprodottadadispositivifotovoltaicirappresentiancora unapercentualemoltopiccoladelfabbisognoenergeticomondiale, questo settore ` eoggiquelloconilmaggioretassodicrescita. Findallasuanascita, neglianni’50,questatecnologiahadestatograndeinteressenellacomunit` a scientifica e soprattutto nell’ultimo decennio anche presso industrie e pri- vati. L’energia solare infatti rappresenta una fonte di energia potenzialmente illimitataeabassissimoimpattoambientale,tuttaviaduefattorifondamen- tali ne limtano la diffusione: bassa efficienza e alto costo dei dispositivi di conversione. Per raggiungere la competitivit` a economica con le altre fonti di energia (in particolare i combustibili fossili) si rende necessaria una ri- cerca di materiali ad alta efficienza e basso costo di produzione allo scopo di sostituire il silicio mono- e policristallino, che attualmente dominano il mercatoconlecelledi“primagenerazione”. Un’alternativa a questa tecnologia ` e costituita dalle celle a film sottile, che necessitanodiquantit` adimaterialemoltoridotteetecnichedideposizione a basse energie e quindi bassi costi di produzione. Finora il materiale pi` u utilizzato per questi dispositivi ` e il silicio amorfo idrogenato (a-Si:H), che per` o ha dato efficienze inferiori rispetto alle celle di prima generazione, oltreaessereparticolarmentesoggettoafenomenididegradazioneindotta dallaluce. A tale scopo, il silicio nanocristallino idrogenato (nc-Si:H) rappresenta un promettente candidato per le future celle fotovoltaiche, in quanto presen- ta un maggiore coefficiente di assorbimento della radiazione solare e una minore degradazione durante l’irraggiamento solare rispetto al Si amorfo idrogenato. Questo materiale inoltre pu` o essere depositato su substrati pococostosi(vetroomaterieplastiche)grazieallebassetemperatureneces- sarie per il processo di produzione, garantendo un’ulteriore diminuzione deicosti. Tuttavia,acausadellasuastrutturapiuttostocomplessa(` eforma- todaagglomeratidicristallitidisiliciodidimensioninanometricheinclusi inunamatricedisilicioamorfo),illegametrapropriet` aotticheedelettriche e i parametri utilizzati nel processo di deposizione sono tuttora poco co- nosciuti. Poich` e tali propriet` a dipendono fortemente dalla microstruttura diquestomateriale, ` emoltoimportanteeffettuareanalisimorfologicheper

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Parole chiave

silicio
fotovoltaico
silicio nanocristallino idrogenato
forza atomica

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