Nghiên cứu ảnh hưởng của lớp chức năng nano ZnO đến hoạt động của pin mặt trời màng mỏng glass/TCO/nanoZnO/CdS/CuInS2/Me lắng đọng bằng phương pháp USPD-ILGAR

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LƯU THỊ LAN ANH

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA LỚP CHỨC NĂNG NANO ZnO ĐẾN

HOẠT ĐỘNG CỦA PIN MẶT TRỜI MÀNG MỎNG

GLASS/TCO/NANO ZnO/CdS/CuInS2/Me

Chuyên ngành: Vật lý kỹ thuật

Mã số: 62520401

LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2014

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LƯU THỊ LAN ANH

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA LỚP CHỨC NĂNG NANO ZnO ĐẾN

HOẠT ĐỘNG CỦA PIN MẶT TRỜI MÀNG MỎNG

GLASS/TCO/NANO ZnO/CdS/CuInS2/Me

Chuyên ngành: Vật lý kỹ thuật

Mã số: 62520401

LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

GS.TS Võ Thạch Sơn

Hà Nội - 2014

1

Mục lục

Danh mục ký hiệu và chữ viết tắt ......................................................................................................4

Danh mục các bảng.............................................................................................................................7

Danh mục các hình vẽ, đồ thị.............................................................................................................8

MỞ ĐẦU ...........................................................................................................................................12

CHƢƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU .............................................................................. 16

1.1 Năng lƣợng mặt trời - nguồn năng lƣợng của tƣơng lai .......................................................16

1.2 Hiệu ứng PV (PhotoVoltaic Effect) và linh kiện quang điện sử dụng hiệu ứng PV............19

1.3 Cơ sở vật lý của pin mặt trời......................................................................................................21

1.3.1 Nguyên lý hoạt động........................................................................................................................21

1.3.2 Đặc trƣng J-V....................................................................................................................................21

1.4 Pin mặt trời màng mỏng chalcopyrite.......................................................................................29

1.4.1 Cấu trúc của pin mặt trời màng mỏng chalcopyrite......................................................................29

1.4.2 Vật liệu chalcopyrite.........................................................................................................................30

1.5 Pin mặt trời màng mỏng cấu trúc nano.....................................................................................32

1.5.1 Các tính chất cơ bản của vật liệu cấu trúc nano.............................................................................32

1.5.2 Giản đồ năng lƣợng của pin mặt trời cấu trúc nano......................................................................36

1.5.3 Các cấu hình pin mặt trời cấu trúc nano.........................................................................................37

1.6 Vật liệu kẽm oxide (ZnO)..........................................................................................................38

1.6.1 Vật liệu ZnO......................................................................................................................................38

1.6.2 Công nghệ lắng đọng các lớp chức năng của pin mặt trời...........................................................41

Kết luận chƣơng ................................................................................................................................45

CHƢƠNG 2 NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ LẮNG ĐỌNG CÁC LỚP CHỨC NĂNG

TRONG CẤU TRÚC PMT MÀNG MỎNG...............................................................................46

2.1 Nghiên cứu lắng đọng màng nano ZnO bằng phƣơng pháp USPD ........................................47

2.1.1 Thực nghiệm.....................................................................................................................................47

2.1.1.1 Chuẩn bị hóa chất..........................................................................................................................47

2.1.1.2 Lắng đọng màng nano ZnO.........................................................................................................48

2.1.2 Kết quả và thảo luận.........................................................................................................................48

2.1.2.1 Lựa chọn dung môi.......................................................................................................................48

2.1.2.2 Ảnh hƣởng của các anion.............................................................................................................53

2.1.2.3 Ảnh hƣởng của nhiệt độ lắng đọng .............................................................................................57

2.1.2.4 Ảnh hƣởng của loại đế..................................................................................................................62

2.1.2.5 Ảnh hƣởng của tốc độ lắng đọng.................................................................................................65

2

2.1.2.6 Ảnh hƣởng của nồng độ muối kẽm.............................................................................................67

2.1.2.7 Ảnh hƣởng của sự pha tạp In và Al.............................................................................................69

2.2 Nghiên cứu lắng đọng lớp hấp thụCuInS2 bằng phƣơng pháp USPD.........................................73

2.2.1 Chuẩn bị hóa chất.............................................................................................................................73

2.2.2 Lắng đọng màng CuInS2 .................................................................................................................73

2.2.3 Kết quả và thảo luận.........................................................................................................................74

2.3 Nghiên cứu lắng đọng lớp đệm CdS bằng phƣơng pháp USPD-ILGAR.............................78

2.3.1 Tại sao lại cần lớp đệm trong pin mặt trời màng mỏng................................................................78

2.3.2 Màng CdS..........................................................................................................................................78

2.3.3 Lắng đọng lớp đệm nano CdS bằng phƣơng pháp USPD-ILGAR.........................................79

2.3.3.1 Chuẩn bị hóa chất..........................................................................................................................79

2.3.3.2 Thực nghiệm..................................................................................................................................79

2.3.4 Kết quả và Thảo luận .......................................................................................................................79

CHƢƠNG 3 KHẢO SÁT CÁC PHÂN BIÊN ZnO/CdS VÀ CdS/CuInS2

BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHỔ TRỞ KHÁNG PHỨC CIS ................................................ 84

3.1 Phƣơng pháp phổ trở kháng phức CIS......................................................................................84

3.2 Ứng dụng phƣơng pháp phổ trở kháng phức để nghiên cứu các linh kiện cấu trúc lớp......86

3.3 Thực nghiệm................................................................................................................................88

3.3.1 Chuẩn bị mẫu ...........................................................................................................................88

3.3.2 Khảo sát các phân biên ZnO/CdS và CdS/CuInS2 ...............................................................88

3.4 Kết quả và thảo luận ...................................................................................................................90

3.4.1 Khảo sát phổ CIS của hệ vật liệu Glass/ITO/nanoZnO/CdS/CuInS2/Ag........................90

3.4.2 Mô hình hóa hệ vật liệu Ag/ITO/ZnO/CdS/CuInS2/Ag ......................................................90

Kết luận chƣơng ............................................................................................................................. 100

CHƢƠNG 4 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM PIN MẶT TRỜI CẤU TRÚC

NANO HỆ GLASS/ITO/nanoZnO/CdS/CuInS2 ............................................................... 101

4.1 Thiết kế pin mặt trời cấu trúc lớp kiểu Glass/ITO/nanoZnO/CdS/CuInS2/Me… …….. 101

4.1.1 Mô hình số............................................................................................................................ .101

4.1.2 Chƣơng trình mô phỏng SCAPS................................................................................................

4.1.3 Thiết kế pin mặt trời màng mỏng cấu trúc nano................................................................ 104

4.1.3.1 Lựa chọn cấu trúc........................................................................................................................104

4.2 Chế tạo pin mặt trời màng mỏng cấu trúc Glass/ ITO/nanoZnO/CdS/CuInS2/Me ..113

4.2.1 Đặc trƣng quang điện của pin mặt trời màng mỏng hệ Glass/ITO/nanoZnO/CdS/CuInS2...115

4.2.1.1 Ảnh hƣởng của chiều dày lớp hấp thụ CuInS2.........................................................................115

4.2.1.2 Ảnh hƣởng của lớp cửa sổ nano ZnO.......................................................................................118

3

Kết luận chƣơng ............................................................................................................................. 119

KẾT LUẬN .................................................................................................................................... 121

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................................ 122

Danh mục các công trình đã công bố của Luận án ..................................................................... 134

Phụ lục……………………………………………………………………………… ……134

4

Danh mục ký hiệu và chữ viết tắt

Danh mục các ký hiệu

Ký hiệu Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt

A Quality factor Hệ số phẩm chất

D Average crystallite size Kích thƣớc tinh thể trung bình

E Energy Năng lƣợng

e Electron Điện tử

EA Ionization energy Năng lƣợng ion hóa

EC Conduction band energy Năng lƣợng vùng dẫn

EF Fermi energy Năng lƣợng Fermi

Eg Optical band gap energy Độ rộng vùng cấm quang

EV Valence band energy Năng lƣợng đỉnh vùng hoá trị

ff fill factor Hệ số điền đầy

h Hole Lỗ trống

J Current density Mật độ dòng

Jmax

Current density at maximum power

output Mật độ dòng ở công suất ra cực đại

JSC Short circuit current density Mật độ dòng ngắn mạch

R Resistance between the contacts Điện trở tiếp xúc

RS Serial resistance Điện trở nối tiếp

Rsh Shunt resistance Điện trở ngắn mạch

Rsheet Sheet resistance Điện trở bề mặt

t Time Thời gian

T Transmitance Độ truyền qua

TA Absolute temperature Nhiệt độ tuyệt đối

TC Calcined temperature Nhiệt độ ủ

5

Te Enviromental temperature Nhiệt độ làm việc, nhiệt độ môi

trƣờng

TS Substrate temperature Nhiệt độ đế

V Voltage Điện áp

Vmax Voltage at maximum power output Điện áp ở công suất ra cực đại

VOC Open circuit voltage Điện áp hở mạch

 Absorption coefficient Hệ số hấp thụ

 Thickness Chiều dày

 Conversion efficiency of the solar cell Hiệu suất chuyển đổi của pin mặt trời

λ Wavelength Bƣớc sóng

λex Excitation wavelength Bƣớc sóng kích thích

e Electron mobility Độ linh động điện tử

p Hole mobility Độ linh động lỗ trống

 Resistivity Điện trở suất

6

Danh mục các chữ viết tắt

Ký hiệu Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt

AFM Atomic Force Microscope Hiển vi lực nguyên tử

CBD Chemical Bath Deposition Lắng đọng bể hóa học

CH Chacopyrite structure Cấu trúc Chacopyrite

CIS Complex Impedance Spectroscopy Phổ trở kháng phức

CVD Chemical vapour deposition Lắng đọng từ pha hơi hóa học

EDX Energy Dispersive X-ray Tán sắc năng lƣợng tia X

ETA Extremely thin absorber Chất hấp thụ chiều dày rất mỏng

FESEM Field Emission Scanning Electron

Microscope Hiển vi điện tử quét phát xạ trƣờng

FTO Tin oxide doped Fluorine Ôxit thiếc pha tạp Flo

FWHM Full width at half maximum Độ rộng bán cực đại

ILGAR Ion Layer Gas Reaction Phản ứng pha khí lớp ion

ITO Tin oxide doped Indium Ôxit thiếc pha tạp Indi

IZO Zinc oxide doped Indium Ôxit kẽm pha tạp Indi

PV Photovoltaic Effect Hiệu ứng quang điện

PMT Solar cells Tế bào mặt trời

SCAPS￾1D

Solar Cell CAPacitance Simulator in

1 Dimension

CAP-mô phỏng một chiều pin mặt

trời

SEM Scanning Electron Microscope Hiển vi điện tử quét

SPD Spray Pyolysis Deposition Phun phủ nhiệt phân

TCO Transparent conducting oxide Ôxít dẫn điện trong suốt

USPD Ultrasonic Spray Pyolysis Deposition Phun phủ nhiệt phân hỗ trợ siêu âm

UV-VIS UV-VIS Spectrophotometer Máy quang phổ hấp thụ UV-VIS

XRD X-ray diffraction Nhiễu xạ tia X

7

Danh mục các bảng

Bảng 1.1 Dự báo công suất năng lượng tái tạo năm 2030-2035 và năm 2050 [143] ........ 18

Bảng 1.2 Các thông số đặc trưng của PMT CuInS2 lý tưởng và PMT CuInS2 thực đạt

hiệu suất cao nhất hiện nay [71],[153]................................................................................ 31

Bảng 1.3 Một số tính chất vật lý của vật liệu ZnO.............................................................. 39

Bảng 2.1 Bảng tóm tắt các phương pháp sử dụng để khảo sát các lớp chức năng ............ 46

Bảng 2.2 Danh mục các hóa chất sử dụng.......................................................................... 47

Bảng 2.3 Trị số đường kính aerosol phụ thuộc loại dung môi ........................................... 48

Bảng 2.4 Các kiểu dao động của màng nano ZnO ............................................................. 51

Bảng 2.5 Các thông số kích thước màng ZnO phụ thuộc nhiệt độ lắng đọng .................... 59

Bảng 2.6 Hàm lượng của các nguyên tố trong các mẫu..................................................... 70

Bảng 2.7 Thông số điện của các mẫu ................................................................................. 72

Bảng 2.8 Danh mục hóa chất sử dụng ................................................................................ 73

Bảng 2.9 Các thông số cấu trúc và kích thước tinh thể của các mẫu CIS-06, CIS-08, CIS-12,

CIS-21 và CIS-26................................................................................................................. 74

Bảng 2.10 Thành phần các nguyên tố trong các mẫu CIS-06, CIS-08, CIS-12, CIS-21, CIS-26 . 75

Bảng 2.11 Các thông số điện của mẫu lắng đọng với chiều dày khác nhau ...................... 78

Bảng 2.12 Danh mục hóa chất sử dụng .............................................................................. 79

Bảng 2.13 Các thông số điện của các mẫu CdS lắng đọng ................................................ 82

Bảng 3.1 Số liệu mô phỏng theo sơ đồ tương đương của hệ vật liệu

Glass/ITO/nanoZnO/CdS/CuInS2/Ag .................................................................................. 91

Bảng 4.1 Các thông số đầu vào mô phỏng ảnh hưởng của nhiệt độ Te ............................ 106

Bảng 4.2 Kết quả mô phỏng theo nhiệt độ Te.................................................................... 107

Bảng 4.3 Thông số cơ bản đầu vào mô phỏng.................................................................. 109

Bảng 4.4 Các thông số của PMT mô phỏng bằng SCAPS-1D khi chiều dày lớp hấp thụ

thay đổi .............................................................................................................................. 111

Bảng 4.5 Các thông số quang điện của pin mặt trời mô phỏng bằng SCAPS-1D............ 112

Bảng 4.6 Các thông số quang điện của pin mặt trời với chiều dày lớp hấp thụ khác nhau..... 116

Bảng 4.7 Các thông số đầu vào mô phỏng sửdụng trong trường hợp so sánh với mẫu thực nghiệm....116

Bảng 4.8 So sánh thông số của mẫu thực nghiệm PMT -10 và mẫu mô phỏng M05 ....... 118

Bảng 4.9 Các thông số quang điện của pin mặt trời với nồng độ muối kẽm acetat khác nhau.....119

8

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

Hình 1.1 Xu hướng tiêu thụ năng lượng toàn cầu từ 1990 đến 2040 [16]........................ 16

Hình 1.2 Công suất các nguồn năng lượng tái tạo trong những năm gần đây (1) Năng

lượng tái tạo hydro, (2) năng lượng gió, (3) năng lượng sinh khối, (4) năng lượng mặt

trời, (5) năng lượng địa nhiệt [130].................................................................................... 17

Hình 1.3 Sự phát triển của các thế hệ pin mặt trời [17]..................................................... 20

Hình 1.4 Sơ đồ minh họa nguyên lý hoạt động của pin mặt trời........................................ 21

Hình 1.5 Cấu trúc một chiều của PMT chuyển tiếp PN đồng chất..................................... 22

Hình 1.6 Đồ thị mật độ dòng ngắn mạch Jsc phụ thuộc vào độ rộng vùng cấm Eg [9], [172]... 24

Hình 1.7 Đồ thị điện áp hở mạch Voc phụ thuộc vào ......................................................... 25

Hình 1.8 Đồ thị hiệu suất quang điện  phụ thuộc............................................................. 25

Hình 1.9 Đặc trưng J-V của PMT trong điều kiện trong tối và chiếu sáng [89] ............... 26

Hình 1.10 Sơ đồ tương đương của PMT thực [183][180].................................................. 27

Hình1.11 Đồ thị phụ thuộc ảnh hưởng của các điện trở lên đặc trưng J-V sáng

[180],[128],[89] a)Ảnh hưởng của RS b) Ảnh hưởng của Rsh ........................................... 27

Hình 1.12 Cấu trúc PMT màng mỏng chalcopyrite [11] ................................................... 30

Hình 1.13 Trạng thái điện tử của bán dẫn khối(a), tinh thể nhỏ(b) và phân tử(c)............. 33

Hình 1.14 Giản đồ năng lượng của các bán dẫn............................................................... 34

Hình 1.15 Giản đồ năng lượng trong hai trường hợp (giả thiết rằng năng lượng vùng cấm của

bán dẫn A lớn hơn bán dẫn B và các photon được hấp thụ trong B)........................................ 35

Hình 1.16 Giản đồ năng lượng của pin mặt trời cấu trúc nano ......................................... 36

Hình 1.17 Sơ đồ các dạng cấu trúc của pin mặt trời cấu trúc nano................................... 37

Hình 1.18 Cấu trúc tinh thể Wurtzite của vật liệu ZnO...................................................... 38

Hình 1.19 Cấu trúc vùng năng lượng của hợp chất AIIB

VI (a) và của ZnO (b) .................. 40

Hình 1.20 Sơ đồ nguyên lý của phương pháp phun phủ nhiệt phân [95][160].................. 41

Hình 1.21 Sơ đồ khối hệ phun phủ nhiệt phân hỗ trợ siêu âm............................................ 42

Hình 1.22 Hệ thiết bị USPD kết hợp ILGAR ...................................................................... 44

Hình 2.1 Cấu trúc pin mặt trời màng mỏng cấu trúc nano ................................................ 47

Hình 2.2 Ảnh FESEM của các mẫu màng nano ZnO lắng đọng ở TS=420oC với các tỉ lệ

thể tích của C3H7OH và nước (ảnh trái là độ phóng đại 100k, ảnh phải là độ phóng đại

25k) (a) VC3H7OH:VH2O = 3:3 (b) VC3H7OH:VH2O =3:2 (c) VC3H7OH:VH2O = 3:1 .................... 49

Hình 2.3 Sự va chạm của các aerosol lên trên bề mặt đế nóng [144]................................ 50

Hình 2. 4 Phổ tán xạ Raman của các mẫu màng nano ZnO lắng đọng ở TS=420oC......... 52

Hình 2.5 Kết quả tách phổ Raman thu được trong dải số sóng 300 ÷ 500 cm-1

bằng kỹ

thuật tách phổ trên cơ sở phân bố Lorenzt.......................................................................... 53

9

Hình 2.6 Ảnh FESEM của các mẫu màng nano ZnO lắng đọng với các nguồn muối kẽm

(ảnh trái là độ phóng đại 100k, ảnh phải là độ phóng đại 25k).......................................... 54

Hình 2.7 Phổ tán xạ Raman của các mẫu màng nano ZnO lắng đọng với các nguồn muối kẽm......55

Hình 2.8 Kết quả tách phổ Raman thu được trong dải số sóng 300 ÷ 500 cm-1

................. 55

Hình 2.9 Phổ truyền qua của các mẫu nano ZnO lắng đọng với các nguồn muối kẽm

(a) Z-A (b) Z-N và (c) Z-C.................................................................................................. 56

Hình 2.10 Đồ thị quan hệ giữa (h)

2

và h của mẫu màng nano ZnO lắng đọng với các

nguồn muối (a) Z-A (b) Z-N và (c) Z-C............................................................................. 57

Hình 2.11 Ảnh FESEM của các mẫu màng nano ZnO lắng đọng ở nhiệt độ TS =

400÷500oC (a) Z-400, (b) Z-420, (c) Z-450 và (d) Z-500.................................................... 58

Hình 2.12 Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu màng nano ZnO lắng đọng ở nhiệt

TS = 400÷500oC................................................................................................................... 58

Hình 2.13 Phổ tán xạ Raman của các mẫu màng nano ZnO lắng đọng ở nhiệt độ

TS = 400÷500oC................................................................................................................... 60

Hình 2.14 Kết quả tách phổ Raman trong dải số sóng 300 ÷ 500 cm-1

các mẫu màng nano

ZnO (a) Z-400 (b) Z-420 (c) Z-450 và (d) Z-500………………………………………….60

Hình2.15 Phổ truyền qua của mẫu màng nano ZnO lắng đọng ở nhiệt độ TS = 400÷500oC.....61

Hình 2.16 Đồ thị quan hệ giữa (h)

2

với h của mẫu lắng đọng ở nhiệt độ

TS = 400÷500oC................................................................................................................... 62

Hình 2.17 Ảnh FESEM của các mẫu màng nano ZnO lắng đọng trên các đế

(a) Z-G (b) Z-I và (c) Z-F .................................................................................................... 63

Hình 2.18 Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu màng nano ZnO lắng đọng trên các đế

(a) Z-G, (b) Z-I và (c) Z-F ................................................................................................... 63

Hình 2.19 Phổ truyền qua các mẫu màng nano ZnO lắng đọng trên các đế

(a) Z-G, (b) Z-I và (c) Z-F ................................................................................................... 64

Hình 2.20 Đồ thị quan hệ giữa (h)

2

với h của các mẫu màng nano ZnO lắng đọng trên

các đế (a) Z-G, (b) Z-I và (c) Z-F....................................................................................... 64

Hình 2.21 Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu màng nano ZnO lắng đọng ở các tốc độ

lắng đọng (a) Z-05, (b) Z-1 và (c) Z-4................................................................................. 65

Hình 2.22 Ảnh FESEM của các mẫu màng nano ZnO lắng đọng ở các tốc độ lắng đọng

(a) Z-05, (b) Z-1 và (c) Z-4.................................................................................................. 66

Hình 2.23 Phổ truyền qua của mẫu màng nano ZnO lắng đọng ở các tốc độ lắng đọng

(a) Z-05, (b) Z-1 và (c) Z-4.................................................................................................. 66

Hình 2.24 Đồ thị quan hệ (αhυ)2

và hυ của mẫu màng nano ZnO lắng đọng ở các tốc độ

lắng đọng (a) Z-05, (b) Z-1 và (c) Z-4................................................................................. 67

Hình 2.25 Ảnh FESEM của các mẫu màng nano ZnO lắng đọng ở các nồng độ muối kẽm

(a) Z-005 (b) Z-01 (c) Z-02 và (d) Z-04............................................................................... 68

Hình 2.26 Phổ truyền qua của mẫu màng nano ZnO lắng đọng ở các nồng độ muối kẽm

(a) Z-001 (b) Z-005 (c) Z-01 (d) Z-02 và (e) Z-04............................................................... 68

Hình 2.27 Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu pha tạp In (a) và Al (b) .................................. 69

10

Hình 2.28 Sự phụ thuộc của kích thước tinh thể vào nồng độ tạp chất.............................. 70

Hình 2.29 Ảnh FESEM của các mẫu IZO và AZO lắng đọng với nồng độ pha tạp khác nhau .........71

Hình 2.30 Phổ truyền qua của mẫu ZnO pha tạp Indi và Nhôm ........................................ 72

Hình 2. 31 Đồ thị quan hệ giữa (h)

2

với h của các mẫu ZnO pha tạp Indi và Nhôm

(a) IZO và (b) AZO.............................................................................................................. 72

Hình 2.32 Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu CuInS2........................................................... 74

Hình 2.33 Ảnh AFM của các mẫu CuInS2 (a) CIS-12, (b) CIS-21 và (c) CIS-26.............. 75

Hình 2.34 Độ truyền qua của các mẫu ............................................................................... 76

Hình 2.35 Hệ số hấp thụ của các mẫu .................................................................................. 77

Hình 2.36 Đồ thị quan hệ quan hệ (h)

2

vào h các mẫu.............................................. 77

Hình 2.37 Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu màng CdS ................................................ 79

Hình 2.38 Ảnh AFM 3D của các mẫu màng CdS ............................................................... 80

Hình 2.39 Độ truyền qua của các màng CdS ..................................................................... 81

Hình 2.40 Đồ thị quan hệ (h)

2

với h của các màng CdS.............................................. 81

Hình 3.1 Biểu diễn vector Fresnel trên mặt phẳng phức.................................................... 85

Hình 3.2 Sơ đồ tương đương của hệ vật liệu (a) và phổ CIS tương ứng (b) ...................... 86

Hình 3.3 Cấu trúc pin mặt trời màng mỏng CuInS2 (a) và giản đồ năng lượng (b)........... 87

Hình 3.4 Sơ đồ tương đương của pin mặt trời màng mỏng

Glass/ITO/nanoZnO/CdS/CuInS2/Me (a) và phổ CIS của hệ vật liệu

Glass/ITO/nanoZnO/CdS/CuInS2/Me (b)............................................................................ 87

Hình 3.5 Sơ đồ lắng đọng các lớp chức năng trong cấu trúc PMT

Glass/ITO/nanoZnO/CdS/CuInS2 ........................................................................................ 88

Hình3.6 Hệ đo phổ CIS....................................................................................................... 89

Hình3.7 Sơ đồ khối hệ đo phổ CIS...................................................................................... 89

Hình 3.8 Phổ CIS của mẫu Glass/ITO/nanoZnO/CdS/CuInS2/Ag khi chiều dày lớp CdS

thay đổi ................................................................................................................................ 90

Hình 3.9 Sơ đồ tương đương của hệ vật liệu Glass/ITO/nanoZnO/CdS/CuInS2/Ag........... 91

Hình 3.10 Phổ CIS của hệ vật liệu Glass/ITO/nanoZnO/CdS/CuInS2/Ag khi chiều dày lớp CdS

thay đổi................................................................................................................................. 92

Hình 3.11 Sự phụ thuộc của Cj (phân biên CdS/CuInS2) vào chiều dày lớp CdS ............. 93

Hình 3.12 Mô hình chuyển tiếp PN khi CdS=0 nm............................................................. 93

Hình 3.13 Mô hình chuyển tiếp PN khi CdS=30nm............................................................ 94

Hình 3.14 Mô hình chuyển tiếp PN khi CdS=60nm............................................................ 94

Hình 3.15 Mô hình chuyển tiếp PN khi CdS60nm ............................................................ 95

Hình 3.16 Sự phụ thuộc của Cn (phân biên ZnO/CdS) vào chiều dày lớp CdS ................. 95

Hình 3.17 Sự phụ thuộc của giá trị CPE-P vào chiều dày lớp CdS .................................... 96

11

Hình 3.18 Phổ CIS của các mẫu ZnO/CdS với CdS=80nm và ZnO lắng đọng

ở các nồng độ muối kẽm acetat (a) Z-005 (b) Z-01 (c) Z-04............................................... 97

Hình 3.19 Ảnh FESEM của các mẫu ZnO lắng đọng ở các nồng độ muối kẽm acetat

(a) Z-005 (b) Z-01 (c) Z-04.................................................................................................. 98

Hình 3.20 Phổ CIS của các mẫu ZnO/CdS/CuInS2 với CdS=80nm và ZnO lắng đọng ở các

nồng độ muối kẽm acetat (a) Z-005 (b) Z-01 (c) Z-04......................................................... 99

Hình 4.1 Quy trình mô hình hóa để cải thiện hiệu suất quang điện................................. 101

Hình 4.2 Giao diện sử dụng phần mềm SCAPS................................................................ 102

Hình 4.3 Giản đồ vùng năng lượng, mật độ hạt tải, mật độ dòng điện ............................ 103

Hình 4. 4 Cấu trúc pin mặt trời màng mỏng cấu trúc nano ............................................. 105

Hình 4.5 Giản đồ năng lượng của pin mặt trời mặt trời màng mỏng............................... 105

Hình 4.6 Đồ thị phụ thuộc các thông số đặc trưng theo nhiệt độ làm việc ...................... 108

Hình 4.7 Sự thay đổi (a) điện áp hở mạch,(b) mật độ dòng ngắn mạch, (c) hệ số lấp đầy

(d) hiệu suất chuyển đổi theo CuInS2................................................................................ 112

Hình 4.8 Sự thay đổi (a) điện áp hở mạch (b) mật độ dòng ngắn mạch, (c) hệ số lấp đầy

(d) hiệu suất chuyển đổi theo CdS ..................................................................................... 113

Hình 4. 9 Sơ đồ khối công nghệ chế tạo PMT Glass/ITO/nanoZnO/CdS/CuInS2/Me...... 114

Hình 4.10 Đặc trưng J-V sáng của pin mặt trời chế tạo .................................................. 115

Hình 4.11 So sánh đặc trưng J-V của mẫu thực nghiệm và mẫu mô phỏng..................... 117

Hình 4.12 Đặc trưng J-V sáng của pin mặt trời chế tạo .................................................. 119