Facilities

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I laboratori del Centro MIB-SOLAR sono localizzati all'interno del Dipartimento di Scienza dei Materiali dell'Università di Milano-Bicocca.

Il cuore del Centro è rappresentato da un nuovo laboratorio di ca. 100 mq in atmosfera protetta ISO7/8 (classe 10,000-100,000), al piano terra del Dipartimento di Scienza dei Materiali (ed. U5), attrezzato per la fabbricazione e caratterizzazione di dispositivi fotovoltaici inorganici e organici di piccole e medie dimensioni (moduli).

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The MIB-SOLAR labs are located at the Department of Materials Science of the University of Milano-Bicocca.

The heart of the Center MIB-SOLAR is a brand new laboratory space located on the ground level of the Department of Materials Science (Buiding U5). The new labs provides state-of-the-art facilities for the fabrication and characterization of inorganic and organic photovoltaic cells and modules in approximately 1,000 square feet with a ISO7/ISO8 (class 10,000-100,000) cleanroom environment.

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Le principali strumentazioni a disposizione del Centro sono le seguenti:

  • laboratori totalmente equipaggiati per la sintesi e la caratterizzazione chimica e spettroscopica (NMR multinucleare, assorbimento, emissione, IR) di materiali inorganici ed organici, molecolari e polimerici;
  • laboratori totalmente equipaggiati per la sintesi e la caratterizzazione elettrochimica (potenziali di ossidazione e riduzione, energie degli orbitali molecolari, misure di impedenza, ecc.);
  • determinazione della stabilità chimica, termica e fotochimica dei materiali;
  • strumentazione per la preparazione di celle a film sottile CIGS e CZTS (sputter, strumento per sputtering/evaporazione CIGS, film applicator);*
  • strumentazione per la preparazione di celle organiche (molecolari e polimeriche) e a colorante (dye-sensitized solar cells DSC) (serigrafia, piastre a titanio, miscelatori per preparazione di paste, macchine per la pulizia dei substrati, ecc.);*
  • glove-box dotata di spin-coater ed evaporatore per la preparazione e caratterizzazione di dispositivi fotovoltaici in atmosfera inerte;*
  • simulatore solare per piccole celle fino a 2x2” ed elettronica accessoria;*
  • simulatore solare per celle di medie dimensioni e moduli fino a 6x6" ed elettronica accessoria;*
  • sistema integrato per la misura delle efficienze quantiche interne ed esterne dei dispostivi fotovoltaici;*
  • microscopio elettronico a scansione SEM per lo studio dei materiali (Scanning Electron Microscopy Tescan VEGA TS5136XM equipaggiato con EDX and EBIC; misure tra 77 K e 300 K);
  • diverse tipi di spettroscopie per le proprietà ottiche di assorbimento (FT-IR, Raman, UV-Vis-NIR) e fluorescenza dei materiali, anche già in forma pre-assemblata nel dispositivo;
  • microraman a triplo stadio: spettrografo e doppio premonocromatore in sottrattivo, range spettrale: 240 – 550 nm nominale con diverse sorgenti di eccitazione disponibili;
  • sistemi per misure di proprietà di trasporto elettrico, in particolare strumento per la misura di effetto Hall per lo studio di resistività, densità dei portatori e mobilità elettrica di film sottili (campo magnetico da 0.6 T, sia positivo che negativo; misure tra 15 K e 350 K);
  • fornaci (per piccole celle) e piastre a titanio per il trattamento termico dei materiali;*
  • banco ottico per misure di Light Beam Induced Current (LBIC);
  • evaporatore;
  • sistema basato su Quasi Steady-State Photoconductance Decay (QSSPC) per la misura dei tempi di vita;
  • studio dell'invecchiamento dei dispositivi sotto illuminazione e stress termico con umidità controllata;*
  • gas-cromatografi e cromatografo ionico per l'identificazione e la quantificazione di solar fuels prodotti tramite water splitting, riduzione della CO2 o dell'azoto;
  • reattore Picosun R-200 Advanced, per la deposizione di film sottili (< 10 nm) mediante Atomic Layer Deposition (ALD), con controllo dello spessore a livello sub-nanometrico (< 0.5 nm) e uniformità degli strati depositati anche su micro-strutture 3D complesse. Il reattore è equipaggiato con una sorgente plasma a microonde (2.45 GHz di frequenza) alimentata da O2, N2 e Ar, consentendo lo sviluppo e l'utilizzo di processi di deposizione sia per via termica che via plasma. E' possibile seguire in tempo reale la crescita dei film in-situ grazie all'ellissometro Film Sense FS-1 montato sulla camera. Il caricamento dei campioni avviene tramite una camera di load-lock, senza che il vuoto nella camera principale venga interrotto.

* strumentazione in parte acquisita con il finanziamento Grandi Attrezzature dell'Università di Milano-Bicocca, 2010

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Main facilities include:

  • fully equipped laboratories for synthesis (including glove-box reactions, microwave, etc.) and characterization (including multinuclear NMR, absorption and emission spectroscopy, ATR-IR, TGA, DSC, GC-MS, etc.) of organic, inorganic, and polymeric materials;
  • fully equipped laboratories for electrochemical synthesis and investigation;
  • study of chemical, thermal, and photochemical short- and long-term stability;
  • fabrication of thin film CIGS and CZTS solar cells;*
  • fabrication of DSCs and organic/polymeric cells (glove-boxes, spin coater, screen printer);*
  • solar simulators for small cells (2x2”) and modules (6×6″) and Keithley digital sourcemeters for current/voltage measurements;*
  • fully integrated system for EQE and IQE measurements;*
  • Scanning Electron Microscopy (SEM) Tescan VEGA TS5136XM equipped with EDX and EBIC; 77-300 K;
  • large variety of spectroscopic techniques for characterization of materials in solution, solid-state and in devices;
  • Hall Effect instrument for studying resistivity, carrier density and electrical mobility of thin films (0.6 T magnetic field, both positive and negative; measurements between 15 K and 350 K);
  • ovens and titanium hot plates for thermal treatment;*
  • Light Beam Induced Current (LBIC);
  • sputter, evaporator, film applicator, plasma and ozone cleaning;
  • Quasi Steady-State Photoconductance Decay (QSSPC) for lifetime testing;
  • ageing of solar cells under thermal stress and light soaking;*
  • gas-chromatograph and ion chromatograph for identification and quantification of solar fuels produced by water splitting, CO2 or nitrogen reduction;
  • Picosun R-200 Advanced reactor, for thin film deposition (< 10 nm) using Atomic Layer Deposition (ALD), allowing for thickness control at the sub-nanometer level (< 0.5 nm) and uniformity of the deposited layers even on complex 3D micro-structures. The reactor is equipped with a microwave plasma source (2.45 GHz frequency) powered by O2, N2 and Ar, enabling the development and use of both thermal and plasma deposition processes. It is possible to follow real time in-situ film growth thanks to the Film Sense FS-1 ellipsometer mounted on the chamber. The samples are loaded via a load-lock chamber, without interrupting the vacuum in the main chamber.

* partially funded through University of Milano-Bicocca grant 2010 (Grandi Attrezzature)

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