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Laboratorio e Gruppo di Ricerca: "Dispositivi
a Film Sottili e Celle Solari "
Direttore Prof. Nicola Romeo
Università
degli Studi di Parma - Dipartimento di
Fisica
Parco
Area delle Scienze 7a - 43100 Parma (Italy)
Tel. 0521 905257 - Fax. 0521 905223
Il gruppo di ricerca scientifica "Dispositivi
a Film Sottili e Celle Solari" è impegnato
nelle tematiche concernenti la realizzazione
e lo studio di dispositivi a film sottili, in particolare
dispositivi fotovoltaici.
Possiamo fissare la data di nascita del gruppo intorno
agli anni ‘70, quando il Prof. Nicola Romeo iniziò
il lavoro, allora pionieristico, finalizzato alla
realizzazione di dispositivi fotovolatici (celle
solari) basati su materiali alternativi al silicio.
Da allora il gruppo di ricerca si è sviluppato
e consolidato acquisendo una notevole esperienza,
per altro riconosciuta a livello internazionale,
sia sulla crescita dei film sottili che sui dispositivi
fotovoltaici e sulle più moderne tecniche di analisi
e caratterizzazione.
Attualmente il gruppo è impegnato su vari temi
di ricerca, principalmente nel campo del fotovoltaico
e dei dispositivi elettroluminescenti.
I suddetti dispositivi vengono integralmente
realizzati nei nostri laboratori.
Tra i temi di ricerca più significativi
possiamo citare:
Lo studio di dispositivi fotovoltaici (celle solari) basati sulla
giunzione CdTe/CdS con particolare
riguardo allo sviluppo di tecniche di preparazione
che garantiscano ottime caratteristiche fotovoltaiche
unitamente a bassi costi di produzione su larga scala.
Oltre alla realizzazione della giunzione CdTe/CdS, lo
studio implica la preparazione di contatti trasparenti
e conduttori (TCO) con varie tecniche di deposizione,
verifiche della stabilità dei dispositivi con particolare
riguardo all'interazione dei vari materiali, trattamento
dei substrati che vedono nell'economico vetro soda-lime
un candidato di eccellenza, ottimizzazione del contatto ohmico
inferiore (back-contact) ecc.
Lo sviluppo di celle solari basate sulla giunzione CuGaInSe2/CdS
particolarmente adatte all’uso su
satelliti artificiali per la loro peculiare
resistenza al danno da radiazione. Particolare attenzione
viene rivolta all'individuazione di quei materiali
le cui caratteristiche di flessibilità e leggerezza
siano compatibili, durante le successive fasi di
deposizione, all'ottenimento di dispositivi conformi agli
standard richiesti.
Realizzazione, caratterizzazione e studio di dispositivi per display
elettroluminescenti basati su fosfori
quali il solfuro di zinco drogato con manganese.
Preparazione, caratterizzazione e analisi della formazione, delle
proprietà strutturali, elettroniche
ed elettroottiche di film sottili di
semiconduttori composti nell’ambito della fisica
dello stato solido. Studio di film sottili di leghe
metalliche.
Le ricerche nel campo del fotovoltaico sono possibili, dal 1993,
grazie al contributo finanziario dell'UE.
Attualmente siamo finanziati con il Contratto E.C.
"CADBACK" - JOR3-CT98-0218, scadenza 2001/02.
Usufruiamo, inoltre, del contributo dell'Agenzia
Spaziale Italiana per una ricerca nel campo del
fotovoltaico per impieghi spaziali.
La ricerca nel campo dei dispositivi elettroluminescenti
è stata realizzata, nel triennio 1997-1999,
con il contributo finanziario di Enirisorse - CERIVE,
Centro Ricerche Venezia.
Inoltre usufruiamo dei contributi istituzionali INFM,
INFM -Unità di Parma, MURST, CNR, e di alcune
industrie.
Per la complessità delle attrezzature impiegate e per la
particolare esperienza necessaria
alla loro utilizzazione la caratterizzazione
e l'analisi dei dispositivi viene svolta in parte
grazie alla collaborazione di altri ricercatori del Campus
Universitario di Parma, tra cui:
* Istituto IMEM-CNR del Consiglio Nazionale delle
Ricerche,
* Dipartimento di Chimica, Laboratorio di Strutturistica
Chimica
* CIM - Centro
Interfacoltà di Misure
* Spettroscopia
ottica e colorimetria applicata,
Dipartimento di Fisica
* LCA,
Laboratorio Calcolo Avanzato, INFN,
ed inoltre con proficui contatti scientifici con ricercatori di
altri paesi europei impegnati sui
temi del settore.
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Impianto di Sputtering
a Radiofrequenza dedicato alla deposizione di elementi
singoli. |
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Impianto di Sputtering
a Radiofrequenza dedicato alla deposizione di composti. |
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Impianto di Sputtering
a Radiofrequenza dedicato alla deposizione miste. |
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Sistema di evaporazione
in alto vuoto con EBG (Electron Beam Gun) dedicato
alla deposizione di elementi singoli. |
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Sistema di evaporazione
in alto vuoto con EBG (Electron Beam Gun) dedicato
alla deposizione di elementi singoli e leghe. |
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Sistema di evaporazione
sotto vuoto per effetto Joule dedicato alla selenizzazione
di composti. |
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Sistema di evaporazione
sotto vuoto per effetto Joule dedicato alla evaporazione
di cloruro di cadmio. |
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Sistema che utilizza
la nuova tecnica della CSS (Close Spaced Sublimation)
dedicato alla deposizione del CdTe. |
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Sistema che
utilizza la nuova tecnica della CSS (Close Spaced
Sublimation) dedicato alla preparazione del CdS. |
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Forni per trattamenti
termici in atmosfera controllata. |
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Sistema per la
rilevazione delle caratteristiche Corrente-Tensione
dei dispositivi. |
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Sistema completo
di simulatore solare per la rilevazione delle caratteristiche
dei dispositivi fotovoltaici sotto luce, |
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Sistema per la
rilevazione delle caratteristiche Capacità-Tensione
dei dispositivi. |
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Sistema completo
per misure di fotoluminescenza. In collaborazione con
il laboratorio di Spettroscopia ottica
e colorimetria applicata. |
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Sistema di Diffrazione
X.
In collaborazione con F. Licci, T. Besagni, Istituto
IMEM-CNR |
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Sistema di Microscopia
elettronica SEM e TEM. In collaborazione con
G. Salviati, C. Frigeri, L. Lazzarini, L. Nasi, Istituto IMEM-CNR |
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Sistema di Microscopia
a Forza Atomica (AFM). In collaborazione con C. Vignali del CIM (Centro
Interfacoltà Misure)
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Sistema di spettroscopia
IR/visibile/UV. |
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Sistema di Monte
Carlo Computer Simulation.
In collaborazione con LCA |
Nicola Romeo, prof., ricercatore, direttore
della ricerca.
Prof. Ordinario di Fisica dal 1987 presso la Facoltà
di Scienze dell'Università di Parma.
Direttore dell'Unità di Parma dell’Istituto
Nazionale per la Fisica della Materia (INFM) dal 1988
al 1994.
Dal 1986 al 1992, responsabile Scientifico dell'Unità
del Progetto Finalizzato Energetica del CNR-ENEA denominata
"Celle Solari a Film Sottili di Semiconduttori
Composti".
Dal 1984 responsabile scientifico locale, di un progetto
internazionale di ricerca finanziato dalla Comunità
Economica Europea (JOULE) nel campo dei dispositivi
fotovoltaici.
Dal 1996 responsabile scientifico di un progetto riguardante
la realizzazione di dispositivi elettroluminescenti
a film sottili finanziato dal MURST attraverso
un contratto ENIRISORSE-INFM.
Nel periodo Settembre 1980 - Maggio 1981 ha lavorato
in qualità di "Visiting Professor" presso il
Department of Material Science della Università di
Stanford (USA).
Ha pubblicato più di 140 lavori su riviste internazionali
molti dei quali su invito. Ha partecipato a numerosi
congressi internazionali presentando spesso relazioni
su invito o come chairman in sessioni specifiche.
In collaborazione con industrie nazionali o con
il CNR ha prodotto 5 brevetti.
Fra i suoi lavori più importanti sono da menzionare
quelli che riguardano la scoperta di due nuovi
metodi, la "Quasi-Reotassia" e il processo C.G.T.F.C.
(Concentration Gradient Thin Film Crystallizzazion)
che permettono di crescere strati sottili di materiali
di elevata qualità cristallina. Recentemente ha realizzato
dispositivi fotovoltaici a film sottili di materiali
semiconduttori policristallini ad alta efficienza (=15
%).
Inoltre ha fatto parte del comitato scientifico
della rivista "Solar Cells"; del comitato scientifico
della 13^, 14^, 16^ e 17^ "European Photovoltaic
Solar Energy Conference" tenutesi rispettivamente: nel
1996 a Nizza , nel 1997 a Barcellona, nel 2000 a Glasgow.
Ha tenuto una conferenza sui dispositivi fotovoltaici
a film sottili, su invito dell'Università di
Berlino, nell’ambito dell’European Research Conference
che riunisce i principali ricercatori mondiali del
settore, nell'Aprile 2000.
Riccardo Tedeschi, prof., ricercatore. Si è
laureato in Fisica presso l'Università di
Parma con una tesi sugli effetti delle radiazioni ionizzanti
su molecole organiche. La tesi è stata sviluppata
prevalentemente presso le Industrie farmaceutiche
Lepetit di Milano ed ha dimostrato la possibilità
di sterilizzare, senza provocare danni funzionali, le Rifamicine
tramite radiazione g. Un sunto del lavoro di tesi è
poi stato pubblicato. Grazie all'esperienza acquisita sulle
radiazioni ionizzanti l'allora dott. R. Tedeschi è
stato assunto (da una ditta consociata con l'Ansaldo Nucleare
di Genova per studiare problemi concernenti lo schermaggio
sia neutronico che g di centrali nucleari. Durante questo periodo
il dott. R. Tedeschi ha collaborato attivamente con i laboratori
Euratom di Ispra partecipando ai lavori di progettazione
per lo schermaggio neutronico e gamma di sorgenti particolarmente
attive quali il reattore ESSOR di Ispra e la sorgente neutronica
dell'Università di Pavia. Nel 1976 il Dott. R. Tedeschi
ha vinto un concorso per un posto di Contrattista presso
l'università di Parma ed ha ripreso la carriera accademica
che non aveva, per altro, mai abbandonato. In questo periodo
ha lavorato a lungo presso i laboratori del CERN di Ginevra
dove ha contribuito allo sviluppo teorico e pratico della tecnica
della Muon Spin Rotation. In particolare il Dott. Tedeschi
si è occupato di problemi concernenti le proprietà
dell'idrogeno nei semiconduttori e di problemi concernenti
composti antiferromagnetici attorno alla temperatura di transizione.
Il Dott. R. Tedeschi ha anche collaborato con il Rutherford
and Appleton Laboratory (Oxford) per la costruzione di un
fascio g+ a basso momento. Il fascio è stato poi realizzato
ed è diventato il capostipite dei fasci di g+ a basso momento
del Rutlieford and Appleton Laboratory. Nel 1992 il Prof R. Tedeschi
ha vinto un posto di professore associato in Fisica Generale. Da
allora ha iniziato la sua collaborazione con il Gruppo Film Sottili
occupandosi dello sviluppo e caratterizzazione delle celle
solari prodotte dal laboratorio, nonchè ai lavori di
indagine sui materiali elettroluminescenti. Attualmente il Prof.
R. Tedeschi è particolarmente impegnato allo sviluppo
di un codice di calcolo Monte Carlo atto a definire la dinamica
del processo di deposizione del CdTe tramite la tecnica della
Close-Spaced Sublimation.
Ferdinando Fermi, prof., ricercatore. Prof.
Associato dal 1981, docente di Fisica Generale
1 nei corsi di laurea in Chimica e Chimica Industriale.
Svolge attività di ricerca sulla spettroscopia
ottica e trasporto elettronico di semiconduttori e
isolanti con particolare riferimento alla fotoluminescenza
ed elettroluminescenza di semiconduttori ed isolanti.
Negli ultimi anni l’attività di ricerca si è
sviluppata nella caratterizzazione optoelettronica
di display elettroluminescenti con struttura metallo/isolante/semiconduttore/isolante/metallo
(MISIM) basati sul fosforo ZnS:Mn cresciuti
dal Prof. Nicola Romeo. L’attività di ricerca
è documentata da oltre 40 lavori pubblicati su riviste
internazionali con referee. Per ulteriori dettagli è
possibile consultare il suo sito internet.
Alessio Bosio, dr., ricercatore. Laureato
in Fisica presso l’Università degli
Studi di Parma nel 1986 con una tesi dal titolo:" Celle
Solari a Film Sottili a Base di CuInSe2su Substrati
di Basso Costo" con relatore di tesi il Prof. N. Romeo.
Dal 1986 al 1990 risultato vincitore di una borsa di
studio ha continuato il lavoro sulle celle solari ed i dispositivi
elettroluminescenti a film sottili come attestano
numerose pubblicazioni su riviste internazionali e partecipazioni
a congressi nazionali ed internazionali su tali argomenti.
Nel 1990 è risultato vincitore di un concorso pubblico
da tecnico laureato presso il Dipartimento di Fisica di Parma.
Tra i lavori scientifici più importanti da menzionare la
ricerca sulle celle solari che hanno raggiunto in tempi recenti
efficienze superiori al 15% e l’essenziale collaborazione
alla progettazione e realizzazione (unica in Italia) di una
apparecchiatura per la deposizione del CdTe mediante la tecnica
della Closed-Spaced-Sublimation. In questo periodo da
riscontrare anche la realizzazione di un dispositivo
elettroluminescente a base di ZnS:Mn con ottima efficienza
di emissione ed intensità di luminescenza sfruttando
la tecnica della "Quasi -Reotassia". In questi anni ha acquisito
notevole esperienza sulle tecniche di deposizione a film
sottile quali: Sputtering a radiofrequenza magnetron;
electron beam gun; close-spaced-sublimation. Dal 1990
fa parte, in qualità di ricercatore, dell’Istituto Nazionale
di Fisica della Materia. Ha partecipato a numerosi progetti
di ricerca all’interno dei programmi quadro dell’UE. In
questa veste ha partecipato a numerosi meetings internazionali
presentando relazioni e consuntivi scientifici.
Vittorio Canevari, collaboratore scientifico.
Collaboratore Tecnico Enti di Ricerca del Consiglio
Nazionale delle Ricerche presso l'Istituto IMEM-CNR
di Parma. Di ruolo dal 1974, collabora alle ricerche
in corso, al suo attivo più di 40 pubblicazioni
su riviste nazionali ed internazionali e numerose partecipazioni
a congressi. Fa parte dell’INFM.
N. Romeo, A. Bosio, V. Canevari, L. Zanotti:
"CuInSe2/CdS Thin Film Solar Cells by Sputtering and
Rapid Thermal Annealing in a Selenium- Atmosphere",
8th International Conference on Ternary and Multinary
Compounds, Kishinev, USSR, 11-14 Sept. 1990,
Edited by S.I. Radautzan, C. Schwab, pp. 58-63
* INVITED PAPER *
N. Romeo, A. Bosio, V. Canevari:
"Large Crystalline Grain CdTe Thin Films for Photovoltaic
Applications",
Int. J. Solar Energy, 1992, Vol. 12, pp. 183-186
N. Romeo, A. Bosio, V. Canevari:
"A new method to prepare efficient CdTe/CdS thin film
backwall solar cells",
Proc. of the 11th European Photovoltaic Solar Energy
Conference, Montreux, Switzerland, 2-16 Oct.
1992, Edited by L. Guimaraes et al., Harwood Academic
Publisher, pp. 972-974
G. Lenzi, V. Canevari:
"Solar cell test equipment",
Measurement 11 (1993), pp. 33-37
N. Romeo, A. Bosio, V. Canevari:
"The CdTe thin film solar cell",
Proc. of Photovoltaic Cells & Devices R&D
Contractor Meeting, Portici, 25-26 March 1993,
Edited by W. Paltz and G. Giannini, pp. 1178-1179
N. Romeo, A. Bosio, V. Canevari:
"CuGaInSe2 Thin Film Grown by Selenization of Metallic
Elemental Layers in a Se Vapour",
Vol. 1, pp. 608-609, Edited by R. Hill, W. Paltz and
P. Helm, Published by H.S. Stephens & Associates
N. Romeo, A. Bosio, V. Canevari and T.A. Kuku:
"Crystallization of CdTe Thin Films by CdCl2 Treatment
at High Temperature",
Proc. 12th E.C. Photovoltaic Solar Energy Conference,
Amsterdam, The Netherlands, 11-15 April 1994,
Vol. 1, pp. 662-663, Edited by R. Hill, W. Paltz and
P. Helm, Published by H.S. Stephens & Associates
N. Romeo, A. Bosio, R. Tedeschi, V. Canevari:
"CuGaInSe2 Thin Film Grown by a New Method: Oscillating
Temperature Selenization of Metallic Elemental
Layers in a Se Vapour",
Proc. Congresso Nazionale di Fisica della Materia,
13-16 Giugno, 1994, Brescia, p. II-E/16
N. Romeo, A. Bosio, V. Canevari, R. Tedeschi:
"Oscillating Temperature Selenization of Cu, Ga,
In Elemental Layers in a Se Vapour"
1994 IEEE First World Conference on Photovoltaic Energy
Conversion, Waikoloa, Hawaii, 5-9 Dec., 1 1994,
EDS sponsored by the IEEE Electron Devices Society
(USA), p. 176-178
N. Romeo, A. Bosio, R. Tedeschi, V. Canevari:
"High Efficiency Solar Cells Based on CuGaInSe2 Thin
Films Grown by Oscillating Temperature Selenization
in a Se Vapour"
13th European Photovoltaic Solar Energy Conference,
23-27 October 1995, Nice, France. Proceedings
of the International Conf., Edited by W. Freiesleben,
W. Paltz, H.A. Ossenbrink, P. Helm, Published by
H.S. Stephens & Associates, Vol. II, p. 2011-2012
N. Romeo, A. Bosio, R. Tedeschi, A. Romeo, V. Canevari, D. Leone:
"Cadmium and Zinc Chloride Treatments of CdS Films
for the Preparation of High Efficiency CdTe/CdS
Thin Film Solar Cells"
14th European Photovoltaic Solar Energy Conference,
30 June - 4 July 1997, Barcelona, Spain. Proceedings
of the International Conf., Edited by H.A. Ossenbrink,
P. Helm, H. Ehmann, Published on behalf of WIP, Munich
by H.S. Stephens & Associates, Vol. II, p. 2351-235
N. Romeo, A. Bosio, R. Tedeschi, A. Romeo, V. Canevari, F. Fermi:
"A Three Stage Selenization Process for the Preparation
of High Efficiency CuGaInSe2/CdS Thin Film
Solar Cells"
14th European Photovoltaic Solar Energy Conference,
30 June - 4 July 1997, Barcelona, Spain. Proceedings
of the International Conf., Edited by H.A. Ossenbrink,
P. Helm, H. Ehmann, Published on behalf of WIP, Munich
by H.S. Stephens & Associates, Vol. I, p. 1224-1225
N. Romeo, A. Bosio, R. Tedeschi, V. Canevari:
"High Efficiency and Stable CdTe/CdS Thin Film Solar
Cells on Soda Lime Glass" 2nd World Conference
on Photovoltaic Solar Energy Conversion, 15th European
Photovoltaic Solar Energy Conference, 6-10 July 1998,
Vienna, Austria. Proceedings of the International
Conf., Edited by J. Schmid, H.A. Ossenbrink, P. Helm,
H. Ehmann, E.D. Dunlop Published by Luxembourg: Office for
Official Publications of the European Communities, 1998, Vol.
I, pp. 446-447.
N. Romeo, S. Cozzi, R. Tedeschi, A. Bosio, V. Canevari, M.A. Tagliente,
M. Pensa:
"High quality ZnS:Mn thin films grown by quasi-rheotaxy
for electroluminescent devices"
Thin Solid Films 348 (1999) 49-55
N. Romeo, A. Bosio, R. Tedeschi, A. Romeo, V. Canevari:
"A highly efficient and stable CdTe/CdS thin film
solar cell"
Solar Energy Materials & Solar Cells 58 (1999)
209-218.
N. Romeo, A. Bosio, R. Tedeschi, V. Canevari:
"Back contacts to CSS CdS/CdTe solar cells and stability
of performances"
Thin Solid Films 361-362 (2000) 327-329.
N. Romeo, A. Bosio, R. Tedeschi, V. Canevari:
Growth of polycrystalline CdS and CdTe thin layers
for high efficiency thin film solar cells.
Materials Chemistry and Physics 66 (2000) 201-206.
N. Romeo, R. Tedeschi, L. Ferrari, S. Pasquali, A. Bosio,
V. Canevari:
Monte Carlo computer simulation of the deposition
of CdTe thin films by close-spaced sublimation.
Materials Chemistry and Physics 66 (2000) 259-265.
N. Romeo, R. Tedeschi, S. Pasquali, L. Ferrari, A. Bosio, V. Canevari,
R. Alfieri:
"Monte Carlo computer simulation of Cd and Te diffusion
during the growth of CdTe thin films
by close-spaced sublimation",
16th European Photovoltaic Solar Energy Conference,
1-5 May 2000, Glasgow, UK
Proceedings of the International Conf., Edited by
H. Sheer, B. McNelis, W. Paltz, H.A. Ossenbrink, P.
Helm.
Published by James & James (Science Publisher)
Ltd, 35-37 William Road London UK,
Vol. I, (2000) pp. 812-815
N. Romeo, F. Fermi, R. Tedeschi, A. Bosio, V. Canevari and S. Cozzi:
"Large grain electroluminescent ZnS:Mn thin films
grown by quasi-rheotaxy on insulating materials",
Thin Solid Films 384 (2001) 138-145.
N. Romeo, A. Bosio, V. Canevari, R. Tedeschi:
"The role of transparent conducting oxide and glass
substrate in the performance of CdTe/CdS thin
film solar cells",
17th European Photovoltaic Solar Energy Conference,
22-26 October 2001, Munich, Germany.
Proceedings of the International Conf., Vol. II,
(2001) pp. 1051-1053
N. Romeo, A. Bosio, V. Canevari, R. Tedeschi:
"A multistage selenization process suitable to grow
stoichiometrically uniform CuInXGa1-XSe2 thin
films",
17th European Photovoltaic Solar Energy Conference,
22-26 October 2001, Munich, Germany.
Proceedings of the International Conf., Vol. II,
(2001) pp. 1105-1106
.... attualmente nessuna novità.
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Consiglio Nazionale delle Ricerche
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