Tóm tắt luận án Tiến sĩ Khoa học vật liệu: Nghiên cứu chế tạo vật liệu dẫn điện trong suốt và vật liệu hấp thụ ánh sáng nhằm sử dụng trong pin mặt trời CZTSe

Luận án nghiên cứu với mục tiêu tổng hợp thành công hạt nano CZTSe (có công thức Cu(Zn,Sn)Se2) đơn pha tinh thể, có thành phần nghèo Cu (Đồng) , phân tán tốt trong dung môi và không bị vón cục theo thời gian. Chế tạo vật liệu dẫn điện trong suốt ITO bằng phương pháp phún xạ và AgNW/ITO bằng phương pháp in gạt có độ truyền qua cao và điện trở bề mặt thấp. Chế tạo thành công các tế bào pin năng lượng mặt trời với lớp hấp thụ ánh sáng là CZTSe sử dụng các hạt CZTSe đã tổng hợp được và có hiệu ứng quang điện.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tóm tắt luận án Tiến sĩ Khoa học vật liệu: Nghiên cứu chế tạo vật liệu dẫn điện trong suốt và vật liệu hấp thụ ánh sáng nhằm sử dụng trong pin mặt trời CZTSe BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN THỊ THU HIỀN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN TRONG SUỐT VÀ VẬT LIỆU HẤP THỤ ÁNH SÁNG NHẰM SỬ DỤNG TRONG PIN MẶT TRỜI CZTSe Ngành: Khoa học vật liệu Mã số: 9440122 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU Hà Nội – 2020 Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. Nguyễn Duy Cường 2. TS. Nguyễn Hữu Dũng Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Trường họp tại: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi: … giờ, ngày … tháng … năm 20… Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: 1. Thư Viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội 2. Thư viện Quốc gia Việt Nam 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Khi thế giới càng phát triển, nhu cầu sử dụng năng lượng của con người càng tăng cao. Việc sử dụng các nguồn năng lượng cũng như làm thế nào để duy trì và phát triển các nguồn năng lượng là vấn đề đang được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu. Hiện nay, nguồn năng lượng hóa thạch trên Trái Đất đang bị cạn kiệt dần. Hàng năm, khoảng 90% lượng năng lượng tiêu thụ trên thế giới là năng lượng hóa thạch như than đá, dầu mỏ và khí tự nhiên. Trong khi đó, khí thải do các nguồn năng lượng này gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng xấu tới môi trường và khí hậu Trái đất như gây ra hiệu ứng nhà kính, biến đổi khí hậu Elnino gây thiên tai lũ lụt, hạn hán, động đất, sóng thần, ... Xuất phát từ những vấn đề thực tiễn như ở trên, việc nghiên cứu và ứng dụng các nguồn năng lượng xanh là hết sức cần thiết. Trong các nguồn năng lượng xanh thì năng lượng mặt trời được xem như là vô tận. Thật vậy, nếu khai thác năng lượng mặt trời trên bề mặt rắn của Trái Đất, khoảng 1/4 diện tích bề mặt, thì có thể thu được xấp xỉ 250 lần mức năng lượng tiêu thụ hiện tại. Như vậy tức là chỉ cần sử dụng năng lượng mặt trời trên khoảng 0,4% diện tích bề mặt Trái Đất sẽ đủ năng lượng đáp ứng cho nhu cầu về năng lượng hiện nay của con người [1]. Rõ ràng, việc khai thác trực tiếp năng lượng mặt trời sẽ cung cấp nguồn năng lượng lớn thực sự. Ngày nay, các nghiên cứu và ứng dụng năng lượng mặt trời được quan tâm và ưu tiên phát triển hàng đầu của các quốc gia thế giới. Đến năm 2050, điện mặt trời chiếm tới khoảng (20 - 25%) tổng lượng điện năng tiêu thụ trên thế giới và tại Việt Nam đạt khoảng 20% tổng lượng điện năng cả nước. Để chuyển đổi năng lượng ánh sáng mặt trời thành năng lượng điện, người ta nghiên cứu và sử dụng các tấm pin năng lượng mặt trời. Có rất nhiều loại pin mặt trời từ các loại vật liệu khác nhau đã được các nhà khoa học trên thế giới nghiên cứu và chế tạo thành công như pin Si, pin CdTe, pin CIS, pin CIGS, pin GaAs, pin CZTSSe, ... Để giảm chi phí nguyên vật liệu, người ta ưu tiên phát triển công nghệ pin mặt trời màng mỏng. Các pin mặt trời màng mỏng phổ biến bao gồm pin Si vô định hình, pin CuInS2 (CIS), CuInGaS2 (CIGS), GaAs, CdTe và CZTSSe (Cu2ZnSn(S1-x,Sex)4). Trong đó, pin CIS, CIGS bao gồm các thành phần hiếm và đắt tiền như Indium; pin GaAs, CdTe chứa các thành phần có độc tính cao như Gallium và Cadimi. Vì vậy, các nhà khoa học trên thế giới đều cho rằng pin CZTSSe (gồm CZTSe, CZTS và CZT(S,Se)) là loại pin tiềm năng, có thể thay thế cho pin Silicon và pin CIGS trong tương lai do loại pin này có nhiều ưu điểm như nguồn nguyên liệu dồi dào, phương pháp chế tạo đa dạng và không đòi hỏi công nghệ phức tạp. Ngoài ra, pin CZTSSe còn có độ hấp thụ và tính ổn định tương đối cao. Pin CZTSSe được bắt đầu nghiên cứu từ những năm 1988 bởi nhóm của giáo sư Tatsuo Nakazawa, Đại học Shinshu, Nhật Bản. Tuy nhiên, phải đến những năm gần đây thì hiệu suất chuyển đổi năng lượng ánh sáng mặt trời thành điện năng mới được cải thiện một cách đáng kể. Hiệu suất cao nhất của pin CZTSSe cho đến thời điểm này là 12,6% do nhóm nghiên cứu tại trung tâm nghiên cứu Watson của IBM chế tạo. Nhóm này đã sử dụng dung môi có tính khử mạnh Hydrazine để hòa tan các kim loại như Cu, Zn, Sn và không phải kim loại như Se thành dung dịch. Và các dung dịch này được quay phủ để chế tạo các tế bào pin CZTSSe. Phương pháp này khá đơn giản nhưng cho hiệu suất cao nhất cho đến nay. Tuy nhiên, dung môi Hydrazine là chất rất độc và ảnh hưởng 2 không tốt cho sức khỏe con người nên quy trình chế tạo pin CZTSSe bằng phương pháp này bắt buộc thực hiện trong các tủ kín đặc biệt. Nhóm nghiên cứu tại phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo quốc gia, Mỹ (NREL) đã nghiên cứu và chế tạo thành công pin CZTSe bằng phương pháp đồng bốc bay (co-evaporation) và đã thu được hiệu suất 9,15% [5]. Nhược điểm của phương pháp đồng bốc bay là yêu cầu chân không cao, kích thước mẫu không lớn, và tốc độ chế tạo mẫu chậm. Nhóm nghiên cứu của giáo sư Rakesh Agrawal tại Đại học Purdue, Mỹ, đã chế tạo thành công pin CZTSSe sử dụng các hạt nano CZTS và đã thu được hiệu suất 9% [6]. Những nhóm nghiên cứu được liệt kê ở trên là các nhóm nghiên cứu mạnh về pin CZTSSe. Ngoài ra, còn rất nhiều các nhóm nghiên cứu khác trên thế giới đã và đang nghiên cứu về loại pin này bằng các phương pháp chế tạo khác nhau. Hiện nay tại Việt Nam, các nghiên cứu và chế tạo pin năng lượng mặt trời nói chung và pin CZTSSe nói riêng còn rất hạn chế, chưa có các nhóm nghiên cứu mạnh và chuyên sâu về lĩnh vực này. Cho đến thời điểm hiện tại việc nghiên cứu và chế tạo pin CZTSSe chủ yếu được quan tâm nghiên cứu nhiều bởi các nhà khoa học nước ngoài. Các nghiên cứu trong nước về pin CZTSSe vẫn còn khá khi ...