Mô phỏng vật lý linh kiện, chế tạo và khảo sát một số lớp chính của pin mặt trời trên cơ sở màng mỏng CISS

Đề tài nghiên cứu về chế tạo và khảo sát lớp dẫn điện truyền qua ZnO và lớp hấp thụ CIGS bằng phương pháp điện tử xung (Pulsed Electron Deposition-PED): Tìm hiểu về thiết bị điện tử xung (PED); chế tạo màng mỏng ZnO và CIGS bằng phương pháp PED.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Mô phỏng vật lý linh kiện, chế tạo và khảo sát một số lớp chính của pin mặt trời trên cơ sở màng mỏng CISSMô phỏng vật lý linh kiện, chế tạo và khảo sát một số lớp chính của pin mặt trời trên cơ sở màng mỏng CISS Ngô Đình Sáng Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận án TS Chuyên ngành: Vật lý chất rắn; Mã số 62 44 07 01 Người hướng dẫn: PGS.TS. Phạm Hồng Quang, TS. Lê Tuấn Tú Năm bảo vệ: 2013 Abstract. Tổng quan về pin mặt trời ( PMT); Nguyên lý hoạt động của PMT CuIn1- xGaxse2 (CIGS); trình bày một số phương pháp chế tạo các lớp chính của PMT dạng CIGS và phương pháp khảo sát cấu trúc và tính chất màng mỏng. Mô phỏng các thông số hoạt động của PMT màng mỏng CIGS bằng chương trình mô phổng AMPS-1D: cấu trúc cơ bản và tham số đặc trưng của PMT màng mỏng CIGS; phương trình Poisson; phương trình liên tục; mô phỏng hiệu năng hoạt động của PMT bằng AMPS- 1D. Nghiên cứu về chế tạo và khảo sát lớp dẫn điện truyền qua ZnO và lớp hấp thụ CIGS bằng phương pháp điện tử xung (Pulsed Electron Deposition-PED): tìm hiểu về thiết bị điện tử xung (PED); chế tạo màng mỏng ZnO và CIGS bằng phương pháp PED. Chế tạo lớp hấp thụ CGS và CIGS bằng phươ ng pháp lắng đọng điện hóa: Phương pháp Vol-Ampe vòng (Cyclic Voltammetry-CV); Ảnh hưởng của các chất tạo phức lên quá trình lắng đọng màng hấp thụ CuGaSe (CGS) trên đế ITO; Ảnh hưởng của thế lắng đọng điện hóa lên quá trình lắng đọng màng hấp thụ CIGS trên đế Mo; Chế tạo thử nghiệm và khảo sát tính chất PMT trên cơ sở màng hấp thụ CIGS. Keywords. Vật lý linh kiện; Màng mỏng CISS; Vật lý chất rắn; Pin mặt trời. MỞ ĐẦU Năng lượng tái tạo là mục tiêu hướng tới của các nhà khoa học trongnhiều thập niên gần đây khi nguồn năng lượng truyền thống như than, dầu mỏ vàkhí đốt ngày càng cạn kiệt. Thêm vào đó, sự biến đổi khí hậu toàn cầu ngày càngtrở nên nghiêm trọng. Mà nguyên nhân chính của sự biến đổi khí hậu là do nhiênliệu hóa thạch bị đốt cháy thải vào khí quyển gây ra hiệu ứng nhà kính. Vấn đề càng trở nên thời sự sau thảm họa kép động đất và sóng thần tạiNhật Bản xảy ra vào ngày 11 tháng 3 năm 2011. Mà hậu quả nặng nề nhất màthảm họa này để lại chính là việc khắc phục sự cố phóng xạ nguyên tử. Có thể thấyrằng vấn đề an ninh năng lượng đang hết sức nóng bỏng và là bài toán thách thứcgiới khoa học công nghệ trên toàn thế giới. Trước thực trạng như vậy, giải pháp tốiưu được các nhà nghiên cứu đưa ra chính là năng lượng tái tạo, đặc biệt là nănglượng mặt trời - nguồn năng lượng bền vững và thân thiện với môi trường. Chính vì vậy, pin mặt trời (PMT) đã trở thành hướng nghiên cứu được ưutiên hàng đầu của hầu hết các quốc gia trên thế giới. Với sự phát triển của khoahọc công nghệ, nhiều loại vật liệu khác nhau đã được thử nghiệm để chế tạo PMT.Từ những PMT truyền thống là những tinh thể thạch anh, cho đến PMT làm bằngvật liệu tổng hợp (hiệu suất 5,2%). Sau đó là sự ra đời của PMT là các silic tinhthể (hiệu suất 24,7% trong ph ng thí nghiệm và khoảng 10-15 % ở quy mô sảnxuất công nghiệp). Tuy nhiên loại PMT silic có giá thành sản xuất khá cao. Vì vậy,việc nâng cao hiệu suất và hạ giá thành của PMT là một đề tài hấp dẫn, lôi cuốnnhiều nhà khoa học trên thế giới vào cuộc. Với 2 tiêu chí trên, PMT màng mỏng được đánh giá là có tiềm năng đónggóp quan trọng cho nhu cầu năng lượng toàn cầu ở thế kỷ 21 [32 .Trong số các pinmàng mỏng, loại pin màng mỏng C S sử dụng các lớp vật liệu bán dẫn cực mỏngcó độ dày c microm t với lớp hấp thụ là hợp chất bán dẫn Cu n1-xGaxSe2 (C S) 1có nhiều triển vọng h n cả [100]. CuIn1-xGaxSe2 là hợp chất bán dẫn thuộc hệ Cu-chalcopyrit có độ rộng v ng cấm thay đổi từ 1,0 đến 1,7 V t y th o t lệ giữa nvà a [47 . Ngoài lớp hấp thụ, cấu tr c của pin màng mỏng C S c n có các lớpchính là đế, lớp dẫn điện đế, lớp đệm, lớp dẫn điện trong suốt [79 . Loại pin màngmỏng này cần ít năng lượng h n để chế tạo và có thể được chế tạo bằng nhiều quátrình, do đó chi phí sản xuất sẽ rẻ h n. Ngoài ra, ch ng c n rất lí tưởng cho cácứng dụng không gian vũ trụ và thị trường điện tử cầm tay do trọng lượng nhẹ. PinC S cũng rất thu h t các nhà nghiên cứu bởi độ rộng v ng cấm của ch ng là lítưởng. Ngoài ra tính đa tinh thể của lớp hấp thụ C S cũng không làm suy giảmđáng kể đến hiệu quả hoạt động. ần đây, hiệu suất k lục 20,3% của loại pinC S đã được tạo ra bởi các nhà nghiên cứu tại Trung tâm nghiên cứu Năng lượngmặt trời Đức [99 . Kết quả này đã đánh dấu một bước tiến trong quá trình tạo ramột loại PMT màng mỏng có khả năng cạnh tranh với hiệu suất của loại pin dựatrên silicon thông thường. Hội thảo về Năng lượng mặt trời thuộc toàn châu Âuđược tổ chức tại Milan vào tháng 9 năm 2007 đã đưa ra giải pháp giảm thiểu cácvấn đề liên quan đến môi trư ...