Manufacturing and characterization of amorphous silicon alloys passivation layers for silicon hetero-junction solar cells

Nel presente lavoro di tesi magistrale sono stati depositati e caratterizzati film sottili (circa 10 nm) di silicio amorfo idrogenato (a-Si:H), studiando in particolare leghe a basso contenuto di ossigeno e carbonio. Tali layer andranno ad essere implementati come strati di passivazione per wafer di Si monocristallino in celle solari ad eterogiunzione HIT (heterojunctions with intrinsic thin layer), con le quali recentemente è stato raggiunto il record di efficienza pari a 24.7% . La deposizione è avvenuta mediante PECVD (plasma enhanced chemical vapour deposition). Tecniche di spettroscopia ottica, come FT-IR (Fourier transform infrared spectroscopy) e SE (spettroscopic ellipsometry) sono state utilizzate per analizzare le configurazioni di legami eteronucleari (Si-H, Si-O, Si-C) e le proprietà strutturali dei film sottili: un nuovo metodo è stato implementato per calcolare i contenuti atomici di H, O e C da misure ottiche. In tal modo è stato possibile osservare come una bassa incorporazione (< 10%) di ossigeno e carbonio sia sufficiente ad aumentare la porosità ed il grado di disordine a lungo raggio del materiale: relativamente a quest’ultimo aspetto, è stata sviluppata una nuova tecnica per determinare dagli spettri ellisometrici l’energia di Urbach, che esprime la coda esponenziale interna al gap in semiconduttori amorfi e fornisce una stima degli stati elettronici in presenza di disordine reticolare. Nella seconda parte della tesi sono stati sviluppati esperimenti di annealing isocrono, in modo da studiare i processi di cristallizzazione e di effusione dell’idrogeno, correlandoli con la degradazione delle proprietà optoelettroniche. L’analisi dei differenti risultati ottenuti studiando queste particolari leghe (a-SiOx e a-SiCy) ha permesso di concludere che solo con una bassa percentuale di ossigeno o carbonio, i.e. < 3.5 %, è possibile migliorare la risposta termica dello specifico layer, ritardando i fenomeni di degradazione di circa 50°C.

Chemical composition modification of casting aluminium alloys for engine applications

The research activities were focused on evaluating the effect of Mo addition to mechanical properties and microstructure of A354 aluminium casting alloy. Samples, with increasing amount of Mo, were produced and heat treated. After heat treatment and exposition to high temperatures samples underwent microstructural and chemical analyses, hardness and tensile tests. The collected data led to the optimization of both casting parameters, for obtaining a homogeneous Mo distribution in the alloy, and heat treatment parameters, allowing the formation of Mo based strengthening precipitates stable at high temperature. Microstructural and chemical analyses highlighted how Mo addition in percentage superior to 0.1% wt. can modify the silicon eutectic morphology and hinder the formation of iron based β intermetallics. High temperature exposure curves, instead, showed that after long exposition hardness is slightly influenced by heat treatment while the effect of Mo addition superior to 0,3% is negligible. Tensile tests confirmed that the addition of 0.3%wt Mo induces an increase of about 10% of ultimate tensile strength after high temperature exposition (250°C for 100h) while heat treatments have slight influence on mechanical behaviour. These results could be exploited for developing innovative heat treatment sequence able to reduce residual stresses in castings produced with A354 modified with Mo.