Sintesi e caratterizzazione di film di ossido di zinco drogato alluminio per applicazioni fotovoltaiche

The aim of the thesis work is to explore the properties of AZO (Aluminium doped Zinc Oxide) thin films grown by Pulsed Laser Deposition (PLD). While AZO compact films can be employed like TCO (Transparent Conducting Oxide) in third generation photovoltaic cells, nanostructured AZO films are suitable candidate to substitute TiO2 photoanodes in DSSC (Dye-Sensitized Solar Cells) and hybrid cells. AZO thin films were produced by PLD varying different parameters such as background gas pressure and type (oxygen or argon), laser fluence, substrate type (glass, Si, Ti, ITO), in order to obtain different film morphologies, both compact and nanostructured, and to perform structural characterization. Annealing treatments were exploited to promote film crystallization phenomena and chemical compositional changes. The work is mainly focused on morphological and structural characterization of AZO films by electron microscopy (SEM), X-Ray Diffraction (XRD) and Raman spectroscopy providing information about film morphology, stoichiometry, crystallinity and lattice vibrational modes. A preliminary discussion of the relationship between structure and optical/electrical properties of AZO films (which have been investigated in a parallel thesis project) is also reported.

Lo scopo del lavoro di tesi è quello di esplorare le proprietà di film sottili di AZO (Ossido di Zinco Drogato Alluminio) cresciuto mediante PLD (Pulsed Laser Deposition). Mentre i film contatti di AZO possono essere impiegati come TCO (Transparent Conducting Oxide) nelle celle fotovoltaiche di terza generazione, i film di AZO nanostrutturati sono candidati adatti a sostituire i fotoanodi di TiO2 nelle DSSC (Dye-Sensitized Solar Cells) e nelle celle ibride. I film di AZO sono stati prodotti mediante PLD variando differenti parametri come la pressione e il tipo (ossigeno e argon) di gas di background, la fluenza del laser e il tipo di substrato (vetro, Si, Ti, ITO), al fine di ottenere diverse morfologie (compatte e porose) e di ottimizzare le misure di caratterizzazione strutturale. Sono stati anche eseguiti trattamenti di ricottura per promuovere fenomeni di cristallizzazione del film e cambiamenti di composizione chimica. Il lavoro è stato principalmente focalizzato sulla caratterizzazione morfologica e strutturale dei film di AZO attraverso microscopia elettronica (SEM), diffrazione di raggi X (XRD) e spettroscopia Raman, per ricavare informazioni relative a morfologia, stechiometria, cristallinità e sui modi vibrazionali reticolari. È riportata anche una discussione preliminare della relazione tra struttura e proprietà ottiche ed elettriche dei film di AZO (quest’ultime studiate in un lavoro di tesi parallelo).