Elastic properties of oxide films measured by Brillouin spectroscopy

The photovoltaic cells used in the spatial applications are affected by degradation phenomena due to the gamma rays and charged particles beam at low energy, which reduce their efficiency. The solutions nowadays used for their production, such as the application of specific glasses on the surface of the cell, are not only very expensive, but also impact negatively on the efficiency in the production of energy. A possible solution could be a mixed oxide, that can be directly deposited on the cell, reducing the costs and avoiding the problems related to the use of a glue to fix the glass. The oxide has the suitable properties for the protection of the cell, without reducing the numbers of photons, especially in the ultraviolet region, that reaching the cell allow the production of energy. The aim of my thesis was to find the elastic constants of this oxide, starting from the experimental results obtained with the Brillouin spectroscopy, based on the inelastic interaction between the photons of the laser source and the phonons of acoustic modes of material. Due to the deposition technique (Pulsed Laser Deposition), used to deposit the oxide, the sample surface had a remarkable roughness, so I used different experimental methodologies to make the surface more suitable for the spectroscopy technique, with the aim of increasing the measured signal.

Le celle fotovoltaiche utilizzate nelle applicazioni spaziali sono soggette a fenomeni di degradazione ad opera di raggi gamma e fasci di particelle cariche a bassa energia che ne riducono l’efficienza. Le soluzioni oggi impiegate per la loro protezione come, ad esempio, l’applicazione di specifici vetri sulla superficie, oltre ad essere molto costose, impattano negativamente anche sull’efficienza nel produrre energia delle celle stesse. Una possibile soluzione potrebbe essere un ossido misto, che può essere direttamente depositato sulla cella, riducendo i costi ed evitando le problematiche legate all’uso di un collante per fissare il vetro. L’ossido presenta le proprietà adatte alla protezione della cella, senza ridurre il numero di fotoni, soprattutto nella regione dell’ultravioletto, che raggiungendo la cella permettono la produzione di energia. L’obiettivo della tesi è stato quello di trovare le costanti elastiche di tale ossido, a partire dai risultati sperimentali ottenuti con la tecnica di spettroscopia Brillouin, basata sull’interazione inelastica dei fotoni della sorgente laser con i fononi dei modi acustici del materiale. A causa della tecnica di deposizione utilizzata (Pulsed Laser Deposition) la superfice del campione di ossido presentava una notevole rugosità per cui sono state utilizzate diverse metodologie sperimentali allo scopo di rendere la superficie più adatta alla tecnica di spettroscopia, al fine di ottenere un significativo aumento del segnale misurato.