Mô hình hóa và tối ưu hóa pin mặt trời màng mỏng cấu trúc đảo ITO nano zno cds CZTS me

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN HỒ THỊ MINH THỦY MƠ HÌNH HĨA VÀ TỐI ƯU HÓA PIN MẶT TRỜI MÀNG MỎNG CẤU TRÚC ĐẢO ITO/NANO ZnO/CdS/CZTS/Me Chuyên ngành: VẬT LÝ CHẤT RẮN Mã số: 8440104 Người hướng dẫn : TS TRẦN THANH THÁI LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan đề tài “MƠ HÌNH HÓA VÀ TỐI ƯU HÓA PIN MẶT TRỜI MÀNG MỎNG CẤU TRÚC ĐẢO ITO/NANO ZnO/CdS/CZTS/Me” thực dựa cố gắng, nổ lực hướng dẫn nhiệt tình khoa học TS Trần Thanh Thái Các kết luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình Tác giả luận văn MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU 1 – Lí chọn đề tài - Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu - Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu - Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận văn Chương TỔNG QUAN VỀ PIN MẶT TRỜI 1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN PIN MẶT TRỜI 1.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA PIN MẶT TRỜI 1.3 PIN MẶT TRỜI MÀNG MỎNG 1.3.1 Giới thiệu chung 1.3.2 Phân loại 1.4 PIN MẶT TRỜI MÀNG MỎNG CZTS 11 1.4.1 Cấu trúc pin mặt trời CZTS 11 1.4.2 Tính chất lớp chức 11 1.4.3 Cấu trúc pin mặt trời màng mỏng CZTS sử dụng lớp cửa sổ ZnO cấu trúc nano 13 1.4.4 So sánh pin mặt trời màng mỏng CZTS sử dụng lớp cửa sổ màng mỏng ZnO nano ZnO 14 KẾT LUẬN CHƯƠNG 15 Chương PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG 16 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG 16 2.2 ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG SỐ 17 2.3 THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG, MƠ HÌNH MỘT CHIỀU VÀ TỔN HAO CỦA PIN MẶT TRỜI 18 2.3.1 Các thông số đặc trưng pin mặt trời 18 2.3.2 Mô hình chiều pin mặt trời 21 2.3.3 Tổn hao pin mặt trời 23 2.5.2 Phân tích tính chất chung pin mặt trời 30 2.5.3 Phân tích đặc trưng lớp vật liệu 31 2.5.4 Phân tích trạng thái khuyết tật 33 KẾT LUẬN CHƯƠNG 35 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Error! Bookmark not defined 3.1 Cấu trúc pin mặt trời Error! Bookmark not defined 3.2 LỰA CHỌN CÁC THÔNG SỐ ĐẦU VÀO CHO MÔ PHỎNG SCAPSError! Book 3.3 THIẾT KẾ PIN MẶT TRỜI 40 3.3.1 Khảo sát ảnh hưởng chiều dày nồng độ donor ND lớp cửa sổ ZnO 40 3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng chiều dày lớp đệm CdS 46 3.3.3 Khảo sát ảnh hưởng chiều dày, nồng độ acceptor NA lớp hấp thụ CZTS 48 3.4 CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM PIN MẶT TRỜI CZTS 53 3.4.1 Chế tạo thử nghiệm pin mặt trời CZTS 53 3.4.2 So sánh pin mặt trời CZTS sử dụng lớp cửa sổ ZnO màng mỏng ZnO cấu trúc nano 55 3.5 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ MÔI TRƯỜNG ĐẾN HIỆU NĂNG CỦA PIN MẶT TRỜI CZTS 59 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 QUYẾT ĐỊNH GIAO TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO) DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Các thông số vật liệu 32 Bảng 2.2 Các thông số trạng thái khuyết tật khối 34 Bảng 3.1 Thông số đầu vào mô phỏngError! Bookmark not defined Bảng 3.2 Các thông số quang điện mặt trời CZTS mô SCAPS-1D thay đổi chiều dày lớp cửa sổ nano ZnO 42 Bảng 3.3 Các thông số quang điện pin mặt trời mô SCAPS-1D thay đổi nồng độ donor ND lớp cửa sổ ZnO 45 Bảng 3.4 Các thông số quang điện pin mặt trời mô SCAPS-1D thay đổi.chiều dày lớp đệm CdSError! Bookmark not defin Bảng 3.5 Các thông số PMT mô SCAPS-1D thay đổi chiều dày lớp hấp thụ CZTS Error! Bookmark not defined Bảng 3.6 Các thông số quang điện pin mặt trời CZTS mô SCAPS-1D thay đổi nồng độ pha tạp NA lớp CZTSError! Bookmark Bảng 3.7 Một số thông số cấu trúc chọn từ mô SCAPS-1DError! Bookmar Bảng 3.8 Các thông số quang điện pin mặt trời mô SCAPS-1D nhiệt độ làm việc thay đổi 57 Bảng 3.9 Các thông số quang điện pin mặt trời CZTS mô SCAPS-1D nhiệt độ làm việc thay đổi 60 Bảng 3.10 Thống kê số kết nghiên cứu pin mặt trời CZTS cấu trúc đảo thời gian gần 63 DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Tấm pin mặt trời vơ định hình Hình 1.2 Tấm pin Cadmium telluride Hình 1.3 Pin mặt trời CIGS Hình 1.4 Tấm pin Cadmium telluride 10 Hình 1.5 Tấm pin quang điện hữu (OPV) 10 Hình 1.6 Pin mặt trời màng mỏng CZTS cấu trúc đảo 13 Hình 2.1 Sơ đồ tương đương pin mặt trời thực chiếu sáng [23b],[24b] 22 Hình 2.2 Biểu diễn tổn hao quang học pin mặt trời 24 Hình 2.3 a) Ánh sáng mặt trời tới trái đất b) số phổ chuẩn 29 Hình 2.4 Phổ hấp thụ lớp chức pin mặt trời CZTS 33 Hình 2.5 Các trạng thái chuyển tiếp cặp điện tử lỗ trống 33 Hình 3.1.Cấu trúc khảo sát pin mặt trời màng mỏng cấu trúc đảo glass/ITO/nano ZnO/CdS/CZTS/PtError! Bookmark not defined Hình 3.2 Mơ hình mơ SCAPS-1D pin mặt trời glass/ITO/nano ZnO/CdS/CZTS/Pt Error! Bookmark not defined Hình 3.3 Giản đồ lượng pin mặt trời mặt trời màng mỏng glass/ITO/nano ZnO/CdS/CZTS/Pt nhận mơ phỏngError! Bookm Hình 3.4 biểu diễn phổ hấp mẫu màng nano ZnO với chiều dày thay đổi từ 200nm đến 1600nm (hình 3.4b-h) mẫu màng ZnO cấu trúc phẳng (hình 3.4a) 40 Hình 3.5 Ảnh FESEM mẫu màng nano ZnO lắng đọng với chiều dày khác nhau:(a) 200nm, (b) 400nm (c) 600nm (d) 1200nm 41 Hình 3.6 Đồ thị quan hệ (h)2 h mẫu màng nano ZnO lắng đọng với chiều dày khác nhau:(a) 200nm, (b) 400nm (c) 600nm (d) 1200nm 42 Hình 3.7 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 chiều dày lớp cửa sổ ZnO Error! Bookmark not defined Hình 3.8 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 ND lớp đệm ZnO Error! Bookmark not defined Hình 3.9 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 chiều dày lớp đệm CdS 47 Hình 3.10 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 chiều dày lớp hấp thụ CZTS Error! Bookmark not defined Hình 3.11 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 NA lớp hấp thụ CZTS Error! Bookmark not defined Hình 3.12 Sơ đồ lắng đọng lớp chức cấu PMT cấu trúc đảo ITO/nano ZnO/CdS/CZTS/Me Error! Bookmark not defined Hình 3.13 Đặc trưng J-V sáng pin mặt trời chế tạo thử nghiệm 55 Hình 3.14 Đặc trưng J-V sáng pin mặt trời glass/ZnO:In/CdS/CZTS/Ag phụ thuộc vào nhiệt độ làm việc 56 Hình 3.15 Sự thay đổi (a) mật độ dòng ngắn mạch, (b) hệ số lấp đầy, (c) điện áp hở mạch (d) hiệu suất chuyển đổi theo nhiệt độ làm việc T Error! Bookmark not defined Hình 3.16 Đặc trưng J-V sáng PMT CZTS phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường Error! Bookmark not defined MỞ ĐẦU – Lí chọn đề tài Vấn đề lượng trở thành đề tài riêng quốc gia mà mối quan tâm tồn giới Bên cạnh việc tìm kiếm nguồn lượng thay cho nguồn lượng hóa thạch ngày cạn kiệt vấn đề an ninh lượng biến đổi khí hậu nóng bỏng tốn thách thức giới khoa học cơng nghệ tồn giới Vì vậy, nghiên cứu chế tạo ứng dụng pin mặt trời (PMT) hướng nghiên cứu trọng điểm ưu tiên hàng đầu hầu hết quốc gia tồn giới, có Việt Nam Với phát triển khoa học công nghệ, nhiều loại vật liệu khác thử nghiệm cho PMT Hiện nay, loại PMT thương mại sử dụng cho ứng dụng mặt đất “PMT Si” Thế hệ PMT chiếm phần đáng kể thị trường PMT giới (chiếm 80% hiệu suất chuyển đổi lượng lên đến gần 25%) Thế hệ thứ hai có triển vọng PMT màng mỏng Thị trường loại PMT màng mỏng dự kiến tăng đáng kể năm tới Công nghệ màng mỏng làm cho PMT loại trở nên hấp dẫn chúng ứng dụng ngành cơng nghệ điện tử khơng gian vũ trụ Nhìn chung, hiệu suất chuyển đổi loại pin thấp PMT tinh thể Silicon, nhiên số loại có hiệu suất cao GaAs (27,6%) Nhiều nghiên cứu gần hướng vào hệ PMT thứ ba, sử dụng nhiều loại vật liệu như: lớp hấp thụ chất nhạy sáng phủ lên vật liệu TiO2 có cấu trúc nano (hiệu suất chuyển đổi khoảng 1112%); tế bào quang điện hữu (hiệu suất chuyển đổi ~ 6-7%) hay PMT dựa sở hấp thụ CuInS2 đạt hiệu suất chuyển đổi quang điện cao (~ 30%) Ưu điểm PMT màng mỏng độ dày chúng phần nhỏ so với loại PMT khác Chính kích thước màng mỏng yếu tố hấp dẫn làm giảm chi phí sản xuất, giảm tạp chất sai hỏng tinh thể lớp, đồng thời dễ dàng việc sản xuất hàng loạt Hiệu suất chuyển đổi pin định chất lượng lớp hấp thụ Có thể thấy, việc nghiên cứu công nghệ màng mỏng ứng dụng pin mặt trời màng mỏng vấn đề thu hút quan tâm đặc biệt lớn giới Việt Nam Đây vấn đề thời thiết nhằm góp phần giải toán an ninh lượng, đặc biệt hướng nghiên cứu pin mặt trời màng mỏng hiệu suất cao thân thiện với môi trường sử dụng công nghệ lắng đọng không chân không Đây sở để lựa chọn nội dung nghiên cứu Luận án Đề tài luận văn : “Mơ hình hóa tối ưu hóa pin mặt trời màng mỏng cấu trúc đảo ITO/nano ZnO/CdS/CZTS/Me” - Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan pin mặt trời màng mỏng CZTS (Cu2ZnSnS4) sử dụng lớp cửa sổ nano ZnO - Tổng quan phương pháp mơ hình hóa mơ số - Xây dựng mơ hình mơ tối ưu hóa cấu trúc pin mặt trời ITO/nanoZnO/CdS/CZTS/Me - Nghiên cứu tính chất điện pin mặt trời màng mỏng - Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Pin mặt trời màng mỏng sở lớp hấp thụ cực mỏngCZTSvà lớp cửa sổ nano ZnO 56 10 (b) J (mA/cm ) (a) -10 (a) CEL- LV_01 (b) CEL-TK_01 -20 0.0 0.2 0.4 0.6 V (V) Hình 3.14 Đặc trưng J-V mẫu thử nghiệm CEL-T_01 PMT CEL-TK Chúng sử dụng phương pháp mô SCAPS-1D để khảo sát trình vật lý xảy bên mẫu CEL-LV_01 CEL-TK_01 Hình 3.15 kết làm khớp đặc trưng J-V mẫu CEL-TN_01 mẫu CEL-TK mô SCAPS-1D 10 (b) J (mA/cm ) (a) -10 (a) CEL- LV_01 (b) CEL-TK_01 lam khop CEL-LV_01 lam khop CEL-TK_01 -20 0.0 0.2 0.4 V (V) 0.6 57 Hình 3.15 Kết làm khớp đặc trưng J-V mẫu CEL-TN_01 mẫu CEL-TK_01 Từ kết mơ phỏng, chúng tơi phân tích tính chất quang điện đặc trưng PMT sau: Đặc trưng J-V sáng, hiệu suất lượng tử EQE, i) Phân tích đặc trưng J-V sáng Bảng 3.8 trình bày thông số quang điện mẫu thực nghiệm PMT cấu trúc nano CEL-LV_01 PMT cấu trúc phẳng CEL-TK_01 Bảng 3.8 Thông số quang điện PMT cấu trúc nano CEL-LV_01 PMT cấu trúc phẳng CEL-TK_01 Loại mẫu Thông số Ký hiệu Đơn vị Thực nghiệm CEL-LV_01 Tham khảo [] CEL-TK_01 Điện áp hở mạch VOC mV 452 595 Mật độ dòng điện ngắn mạch JSC mA/cm2 16,87 4,92 Hệ số lấp đầy FF % 26,87 38,97 Hiệu suất  % 2,01 1,14 Độ rộng vùng cấm lớp hấp thụ Eg eV 1,46 eV 1,42 eV Điện trở nối tiếp RS  12 25 Điện trở song song RSH  120 180 Từ bảng 3.8 nhận xét, PMT cấu trúc nano có mật độ dòng ngắn mạch hiệu suất chuyển đổi cao đáng kể (Jsc tăng từ 4,92 mA/cm2 lên đến 16,87 mA/cm2  tăng từ 1,14% lên đến 2,01%), điện áp hở mạch thấp (Voc giảm từ từ 595 mV xuống cịn 452 mV) Chúng tơi cho mật độ dòng ngắn mạch cao mẫu CEL-LV_01 điện trở nối tiếp pin nhỏ lớp cửa sổ ZnO cấu trúc nano tăng cường tán xạ ánh sáng đồng thời hỗ trợ khả hấp thụ ánh sáng cho lớp hấp thụ dẫn đến làm phát sinh hạt tải nhiều hơn; kết kéo theo hiệu suất 58 chuyển đổi quang điện pin tăng lên đáng kể Còn nguyên nhân làm giảm Voc điện trở song song RSH giảm ii) Phân tích phổ hiệu suất lượng tử EQE Phổ EQE tương ứng PMT cấu trúc nano CEL-LV_01 PMT cấu trúc phẳng CEL-TK_01 biểu diễn hình 3.16 100 CEL-TK_01 CEL-LV_01 90 80 EQE (%) 70 60 50 40 30 20 10 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 h (eV) Hình 3.16 Phổ hiệu suất lượng tử bên (EQE) mẫu CEL-LV_01 mẫu CEL-TK_01 nhận từ mơ SCAPS-1D Quan sát hình 3.16, phổ EQE PMT cấu trúc phẳng CELTK_01 đạt cực đại 32% tương ứng mức lượng 2,25 eV phổ EQE PMT cấu trúc nano CEL-LV_01 có giá trị cực đại 72% mức lượng 1,90 eV Cũng dễ nhận biết, EQEmax PMT CEL-LV_01 lớn gấp đôi EQEmax PMT CEL-TK_01 Nguyên nhân có gia tăng đáng kể nêu lớp cửa sổ ZnO có cấu trúc nano PMT CELLV_01 tăng cường hấp thụ photon ánh sáng làm giảm tái hợp tiếp xúc lớp đệm/lớp hấp thụ thông báo [22] Do đó, kết luận sơ gia tăng đường quang học ánh sáng nhiều lần phản xạ (hoặc tán xạ) lớp cửa sổ nano ZnO dẫn đến hấp thụ photon ánh sáng cao PMT sử dụng lớp cửa sổ nano ZnO Nhận định phù hợp 59 với với kết so sánh độ truyền qua màng ZnO cấu trúc phẳng màng ZnO cấu trúc nano hình 3.17 Đối với màng ZnO phẳng phổ truyền qua có vân giao thoa bước sóng lớn 500nm, điều chứng tỏ ánh sáng bị phản xạ bề mặt màng, màng ZnO cấu trúc nano khơng có tượng độ truyền qua thấp Điều cho thấy ánh sáng bị hấp thụ hay bị phản xạ nhiều lần (tán xạ) nano ZnO, có chế “bẫy ánh sáng” 100 a 80 b T (%) 60 40 (a) - ZnO phang (b) - ZnO cau truc nano 20 300 400 500 600 700 800 900  (nm) Hình 3.17 Phổ truyền qua lớp cửa sổ ZnO: (a) ZnO phẳng, (b) ZnO cấu trúc nano 3.5 Ảnh hưởng điều kiện môi trường làm việc Pin mặt trời hoạt động hiệu điều kiện thời tiết định, thực tế môi trường thay đổi theo thời gian ngày nên pin mặt trời sử dụng ngồi trời khơng hoạt động mơi trường phịng thí nghiệm Do vậy, để xác định chế độ làm việc pin mặt trời đưa vào thực tế, khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ môi trường hoạt động đến thông số pin mặt trời a) Kết khảo sát mô 60 Để tìm hiểu ảnh hưởng nhiệt độ đến hoạt động pin mặt trời CZTS sử dụng lớp cửa sổ nano khảo sát T thay đổi từ 300oK ÷ 400oK Bảng 3.9 Các thơng số quang điện pin mặt trời CZTS mô SCAPS-1D nhiệt độ làm việc thay đổi Mẫu M-41 M-42 M-43 M-44 M-45 M-46 M-47 M-48 M-49 M-50 M-51 Nhiệt độ Điện áp hở mạch T (oK) (mV) 473 300 453 310 429 320 405 330 380 340 356 350 331 360 307 370 Mật độ dòng ngắn mạch Hệ số lấp đầy Hiệu suất (mA/cm2) (%) (%) 17.04 25.12 2.03 17.04 25.63 2.01 17.05 26.16 1.96 17.05 26.58 1.92 17.06 26.87 1.86 17.07 27.03 1.80 17.07 27.04 1.74 17.08 26.9 1.67 282 257 232 380 390 400 17.08 17.09 17.10 700 26.61 26.15 25.53 1.60 1.52 1.44 17.4 a 600 b VOC (mV) JSC (mA/cm ) 500 400 300 17.2 17.0 200 100 16.8 300 320 340 T(oK) 360 380 400 300 320 340 360 T(oK) 380 400 61 2.6 40 c 35 d 2.4 2.2 2.0  (%) FF (%) 30 25 20 1.8 1.6 1.4 15 1.2 10 1.0 300 320 340 360 o T( K) 380 400 300 320 340 o 360 380 400 T( K) Hình 3.18 Sự thay đổi (a) mật độ dòng ngắn mạch, (b) hệ số lấp đầy, (c) điện áp hở mạch (d) hiệu suất chuyển đổi theo nhiệt độ làm việc T Có thể nhận thấy, điện áp hở mạch VOC giảm đáng kể nhiệt độ làm việc tăng nhiệt độ làm việc tăng Quy luật hồn tồn phù hợp với cơng thức xác định VOC [16,20]:: Voc = Eg q − kTe ALDg ln q KN ph Khi độ rộng vùng cấm lớp bán dẫn giả thiết không phụ thuộc vào nhiệt độ, VOC thay đổi tuyến tính theo nhiệt độ Trong đó, mật độ dịng ngắn mạch JSC phụ thuộc vào nhiệt độ làm việc Kết phù hợp với công thức lý thuyết [16,20]: Jsc = Jph = qKNph = αE Khi nhiệt độ tăng, Voc giảm, Jsc không thay đổi, hệ số lấp đầy thay đổi không đáng kể, dẫn tới công suất tới hạn giảm, đồng thời hiệu suất chuyển đổi quang điện pin giảm Mặt khác, xác định mức suy hao hiệu suất chuyển đổi quang điện pin CZTS sử dụng lớp cửa sổ nano ZnO dải nhiệt độ 300oK đến 400oK khoảng -0,0052%/K Kết cho thấy suy hao hiệu suất theo nhiệt độ pin CZTS sử dụng lớp cửa sổ nano ZnO thấp đáng 62 ý pin CZTS sử dụng lớp cửa sổ ZnO phẳng mức suy hao theo công bố [24] 0,0776%/K b) Kết khảo sát thực nghiệm o 340 K o 320 K o 300 K J (mA/cm ) -3 -6 -9 -12 -15 -18 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 V (V) Hình 3.19 Đặc trưng J-V sáng pin mặt trời CZTS phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường Trong thực tế, môi trường hoạt động pin mặt trời lên đến 50 60oC Tuy nhiên, để phù hợp với điều kiện Việt Nam, giới hạn dải nghiên cứu luận văn ba điểm nhiệt độ 27oC (300oK), 47oC (320oK) 67oC (340oK) Hình 3.19 biểu diễn đặc trưng J-V sáng pin mặt trời CZTS sử dụng lớp cửa sổ nano ZnO nhiệt độ môi trường làm việc thay đổi dải 300oK đến 340oK Từ hình 3.19, nhận thấy điện áp hở mạch giảm nhiệt độ làm việc tăng, mật độ dịng ngắn mạch gần khơng đổi Có thể thấy, quy luật phản ánh phụ thuộc hai thông số quang điện vào nhiệt độ làm việc thực nghiệm mơ hồn tồn thống Ngồi nhiệt độ làm việc pin mặt trời CZTS tăng lên cịn có xuất hiện tượng dịch chuyển điểm công suất cực đại phần tử quang điện pin mặt trời CZTS 63 Như nhiệt độ mơi trường có ảnh hưởng đến thơng số quang điện pin mặt trời CZTS Mức suy hao hiệu suất chuyển đổi quang điện pin CZTS dải nhiệt độ 300oK đến 340oK khoảng -0,0054%/K Từ kết phân tích kết luận: i) Các kết đạt bước đầu cho thấy phương pháp mơ SCAPS-1D xem công cụ hỗ trợ hữu hiệu cho nghiên cứu chế tạo pin mặt trời màng mỏng góp phần giảm giá thành sản phẩm; ii) Việc sử dụng lớp cửa sổ cấu trúc nano pin mặt trời glass/ITO/nano ZnO/CdS/CZTS/Pt cho phép tăng gấp đơi khả hấp thụ ánh sáng, với mật độ dòng điện ngắn mạch hiệu suất chuyển đổi quang điện pin tăng đáng kể so với pin mặt trời cấu trúc phẳng; iii) PMT cấu trúc nano có điện áp hở mạch thấp PMT cấu trúc phẳng nên cần tiếp tục nghiên cứu sâu lý thuyết thực nghiệm để cải thiện Bảng 3.10 Thống kê số kết nghiên cứu pin mặt trời CZTS cấu trúc đảo thời gian gần Cấu trúc Thông số Năm công bố TL trích dẫn VOC JSC (mV) (mA/cm2) FF (%)  (%) Phương pháp 679 4,1 43,8 1,2 Thực nghiệm 2014 [21] Carbon paste/CZTS/TiO2NP/ TiO2NP/ TCO 564 2,85 43 0,51 Thực nghiệm 2016 [20] Glass/FTO/ TiO2/CdS/CZTS/Au 474 5,07 44 1,05 Thực nghiệm 2018 [24] Glass/FTO/TiO2/In2S3/CZTS 490 3,1 37 0,7 Thực nghiệm 2019 [25] Glass/FTO/TNR/CdS/CZTS/ Au 500 5,4 35 1,04 Thực nghiệm 2020 [26] 380 13,32 41,92 2,18 Mô 2021 [18] 2021 Luận Au/CZTS/CdS/ZnO NR/ITO ITO/ZnO/CdS/CZTS Glass/ITO/ZnO nano/CdS/ 370 13,14 37,9 1,93 Thực nghiệm 474 17,08 25,12 2,03 Mô 64 CZTS/Pt 452 16,87 25,15 2,01 văn [27] Thực nghiệm KẾT LUẬN Trên sở kết nghiên cứu đạt luận văn, đưa kết luận sau: Pin mặt trời màng mỏng cấu trúc đảo glass/ITO/nano ZnO/CdS/CZTS/Pt thiết kế tối ưu phương pháp mô SCAPS-1D bước đầu chế tạo thử nghiệm thể đáp ứng phù hợp thiết kế thực nghiệm, kết cụ thể sau: - Xây dựng thông số mô pin mặt trời màng mỏng cấu trúc đảo glass/ITO/nano ZnO/CdS/CZTS/Pt - Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ làm việc đến hiệu pin phạm vi T = 300 ÷ 400 K Pin mặt trời CZTS sử dụng lớp cửa sổ ZnO có cấu trúc nano cho phép tăng gấp đơi khả hấp thụ ánh sáng, với mật độ dòng điện ngắn mạch hiệu suất chuyển đổi quang điện pin tăng đáng kể so với pin mặt trời sử dụng lớp cửa sổ ZnO cấu trúc phẳng Có thể đánh giá kết triển vọng cho nghiên cứu sử dụng lớp cửa sổ nano để chế tạo pin mặt trời CZTS có mật độ dịng điện cao Kết chế tạo thử nghiệm pin mặt trời màng mỏng cấu trúc đảo glass/ITO/nano ZnO/CdS/CZTS/Pt công nghệ FSPD đạt thông số quang điện cao nhất: Voc = 452 mV, Jsc = 16,87 mA/cm2, FF = 25,15 %  = 2,01 % Các kết luận văn cho phép mở khả sử dụng phương 65 pháp mô SCAPS-1D phương pháp thiết kế hữu hiệu để hỗ trợ cho thực nghiệm chế tạo pin mặt trời màng mỏng cấu trúc đảo có hiệu suất cao giá thành thấp 66 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Sabrina Stierwalt (2015) Einstein's Legacy: The Photoelectric Effect SCIENTIFIC AMERICAN [2] Effect of Light on Selenium During the Passage of An Electric Current * Nature 7, 303 (1873) [3] Harper, GDJ (2015, December 21) cadmium telluride solar cells Encyclopedia Britannica [4] Selin, N Eckley (2020, ngày tháng 1) dấu chân carbon Bách khoa toàn thư Britannica [5] Gessert, Timothy (2012) Chapter 1.19: Cadmium Telluride Photovoltaic Thin Film: CdTe Earth and Planetary Sciences [6] Cutler J Cleveland (2004) Photovoltaic Conversion: Space Applications Encyclopedia of energy Boston University, Boston, Massachusetts, 25-33 [7] J Fonash, Solar cell device physics (2010), The Boulevard, Langford Lane, Kidlington, Oxford, OX5 1GB, UKton, MA 01803, USA The Boulevard, Langford Lane, Kidlington, Oxford, OX5 1GB, U [8] Journal of Science-Quy Nhon University,2021,15(1),45-50 [9] Phạm Văn Thịnh (2016) Phương pháp phún xạ Magnetron RF chế tạo màng mỏng, Luận văn thạc sĩ Vật lý ứng dụng, Trường Đại học Khoa học tự nhiên [10] Phạm Phi Hùng (2016) Nghiên cứu ứng dụng phương pháp phun phủ nhiệt phân quay đầu phun hỗ trợ siêu âm chế tạo phần tử pin mặt trời họ Cux(In,Zn,Sn)Sy, Luận án tiến sĩ Vật lý kỹ thuật, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội [11] J R Creighton P Ho Introduction to Chemical Vapor Deposition 67 (CVD) Chemical Vapor Deposition, ASM International, Albuquerque,1, 1-10 [12] Ratnayake, SP , Ren, J , Colusso, E , Guglielmi, M , Martucci, A , Della Gaspera 2101666, E , SILAR Deposition of Metal Oxide Nanostructured Films SMALL 2021 , 2101666 [13] Lambert M Surhone, Mariam T Tennoe, Susan F Henssonow(2013) Vacuum Evaporating, Betascrift Puslishing, [14] Bharat A Bhanvase, Vijay B Pawade, Sanjay J Dhoble, Shirish H Sonawane, Muthupandian Ashokkumar (2018) Synthesis of Multifunctional Inorganic Materials: From Micrometer to Nanometer Dimensions Nanomaterials for Green Energy, Elsevier, 197-229 [15] John Mo, Sherman Cheung, Raj Das (2018) Demystifying Numerical Models ELSERVIER] [16] Võ Thạch Sơn (2001), “Linh kiện bán dẫn vi điện tử”, NXB KHKT [17] Trần Thanh Thái (2012), “Nghiên cứu vật lý công nghệ PMT màng mỏng cấu trúc đảo Glass/ZnO:In/CdS/CuInS2/Metal chế tạo phương pháp phun phủ nhiệt phân toàn phần (FSPD)”, Luận án tiến sỹ - Vật lý kỹ thuật, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội [18] Hardan T Ganem, Ayed N Saleh (2021), “Enhancement of the efficiency of the CZTS/CdS/ZnO/ITO solar cell by back reflection and buffer layers using SCAPS -1D”, Iraqi Journal of Science, Vol 62, No 4, p 1144-1157 [19] Frisk, C, Doctoral Thesis (2017), “Modeling and electrical characterization of Cu(In,Ga)Se2 and Cu2ZnSnS4 solar cells”, Uppsala University, SE-75121 Uppsala, Sweden 68 [20] Kurokawa M, Tanaka K, Moriya K and Uchiki H (2012) “Japan J Appl Phys” 51 10NC33 [21] Dongwook Lee and Kijung Yong (2014), “Solution-processed Cu2ZnSnS4 superstrate solar cell using vertically aligned ZnO nanorods”, Nanotechnology 25 (2014) 065401 (8pp) [22] Erki Kärber, Doctoral Thesis (2014), “Properties of ZnO- nanorod/In2S3/CuInS2 solar cell and the constituent layers deposited by chemical spray method”, Tallinn University of Technology, Ehitajate tee 5, Tallinn [23] Đào Thị Trúc Quyên (2018), “Nghiên cứu mô pin mặt trời màng mỏng đa lớp dựa vật liệu Cu2ZnSnS4”, Luận văn Thạc sĩ – Vật lý chất rắn, Trường Đại học Quy Nhơn [24] M Zhong, S Liu, H Li, C Li (2018), “Superstrate-type Cu2ZnSnS4 solar cells without sulfurization fabricated by spray pyrolysis”, Chalcogenide Letters Vol 15, No 3, March 2018, p 133 – 137 [25] Ahmet Tumbul, Ferhat Aslan, Abdullah Gooktas, I.H Mutlu (2019), “All solution processed superstrate type Cu2ZnSnS4(CZTS) thin film solar cell: Effect of absorber layer thickness”, Journal of Alloys and Compounds 781 (2019) 280-288 [26] Vinayak Vitthal Satale, S Venkataprasad Bhat (2020), “Superstrate type CZTS solar cell with all solution processed functional layers at low temperature”, Solar Energy 208, p 220–226 [27] Md Fakhrul Islam, Nadhrah Md Yatim, Mohd Azman Hashim (2021), “A review of CZTS thin film solar cell technology”, Journal of Advanced Research in Fluid Mechanics and Thermal Sciences 81, Issue 1, p.73-87 69 70 ... KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Cấu trúc pin mặt trời Pin mặt trời màng mỏng kiểu cấu trúc đảo glass /ITO/ nano ZnO/ CdS/ CZTS/ Pt (gọi tắt pin mặt trời CZTS) chọn khảo sát biểu diễn hình 3.1 Cấu trúc gồm... quan pin mặt trời màng mỏng, phương pháp mô hình hóa mơ số 2) Thiết kế pin mặt trời màng mỏng cấu trúc đảo: ITO/ nano ZnO/ CdS/ CZTS/ Mebằng phần mềm SCAPS-1D khảo sát tính chất điện pin mặt trời. .. 1.4 PIN MẶT TRỜI MÀNG MỎNG CZTS 11 1.4.1 Cấu trúc pin mặt trời CZTS 11 1.4.2 Tính chất lớp chức 11 1.4.3 Cấu trúc pin mặt trời màng mỏng CZTS sử dụng lớp cửa sổ ZnO cấu trúc nano