Growth of oxide thin films for energy devices by Pulsed Electron Deposition

In questa tesi un rapido excursus sulla situazione di produzione e consumo di energia a livello globale introduce gli argomenti studiati in questi tre anni. Visto il crescente consumo di fonti fossili di combustibili, il loro progressivo esaurirsi e il continuo aumento di emissioni di gas serra, ਠnecessaria una pi๠efficiente produzione di energia, associata ad un suo uso pi๠consapevole. Il mio lavoro si inserisce proprio nello studio di nuovi materiali e nuove soluzioni per affrontare questo problema. I campi in cui ci siamo inseriti come laboratorio di ricerca sono 2: uno basato su materiali superconduttori ad alta temperatura critica (YBCO) e l'altro basto su semiconduttori per applicazioni nel fotovoltaico (CIGS). Sul primo materiale si basano i cosiddetti Coated Conductors (HTS-CC), ovvero dei nastri metallici ricoperti con diversi strati di ossidi ed infine con lo strato superconduttore che permettono, a basse temperature (attorno ai 100 K), di trasportare corrente senza opporre alcuna resistenza elettrica. Una loro maggiore diffusione permetterebbe un minore spreco di energia durante il trasporto e la possibilità  di realizzare dispositivi pi๠efficienti per la produzione di energia elettrica. Essi perಠpresentano diversi problemi e principalmente l'alto costo di produzione. I semiconduttori per lo sfruttamento dell'energia solare sono diversi e la produzione industriale ਠgià  matura per molti di essi. Le efficienze perಠrisultano ancora scarse e anche in questo caso i costi non appaiono alla portata di tutti. Nel nostro laboratorio abbiamo quindi cercato di superare questi problemi. Per i superconduttori abbiamo ideato una nuova architettura a singolo buffer layer per semplificare la produzione diminuendone i costi. Questo ci ha portato a sperimentare come materiale base l'ossido di Cerio che drogato opportunamente con Sm, Yb, Zr e Ta depositandolo su nastri metallici di Ni-W tramite evaporazione da cannone elettronico e Pulsed Electron Deposition (PED). Il drogaggio e l'uso della tecnica PED hanno notevolmente migliorato le sue proprietà  strutturali e meccaniche permettendo di sostituire con un solo film una serie di altri strati utilizzati finora. Lo strato di YBCO depositato sui nostri singoli strati buffer ha mostrato notevoli proprietà  strutturali di trasporto di energia elettrica. In parallelo, diversi esperimenti sono stati eseguiti per preparare via PED ossidi conduttivi trasparenti come strati finestra ad alta efficienza (trasparenza oltre il 90% e resistività  nell'ordine di 10-4 Ohm*cm) per celle fotovoltaiche. In un secondo momento sono state eseguite anche alcune deposizioni di CIGS in vista della realizzazione di celle fotovoltaiche completamente basate sulla nuova tecnica PED. Proseguendo i test su questa strada, sarà  presto possibile ottenere celle solari a maggiore efficienza e nastri superconduttori che potranno sostituire il rame e le perdite di energia connesse. Il tutto nell'ottica di un miglioramento a livello globale della qualità  della vita e dell'uso dell'energia.