TIỂU LUẬN VẬT LÝ CHẤT RẮN ĐỀ TÀI SOLAR CELL

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA: KHOA HỌC ỨNG DỤNG  TIỂU LUẬN VẬT LÝ CHẤT RẮN ĐỀ TÀI SOLAR CELL Giảng viên hướng dẫn: TS Đỗ Huy Bình Mã số học phần: SEMA320712_22_1_01 Nhóm sinh viên thực hiện: 04 Học kì: I- Năm học: 2022-2023 TP.Hồ Chí Minh Tháng 10 năm 2022 DANH SÁCH NHĨM TIỂU LUẬN MƠN VẬT LIỆU BÁN DẪN - HỌC KỲ I NĂM HỌC 2021-2022 Mã lớp môn học: SEMA320712_22_1_01 Giảng viên hướng dẫn: TS Đỗ Huy Bình Tên đề tài: Tìm hiểu vật liệu bán dẫn SOLAR CELL Danh sách thành viên nhóm viết tiểu luận: STT Họ tên MSSV Phan Thị Thanh Trà 20130072 Phạm Nguyễn Minh Nhật 20130049 Ngô Thùy Hồng Lam 20130041 Phạm Đức Thịnh 20130064 Huỳnh Thị Thanh Thúy 20130067 tỷ lệ % tham gia Ký tên nhận xét giáo viên: Ngày …… Tháng 10 năm 2022 GVHD kí tên Đỗ Huy Bình MỤC LỤC MỤC LỤC MỤC LỤC HÌNH ẢNH PHỤ LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ SOLAR CELL Lịch sử hình thành solar cell Hiện tượng quang điện 10 Hiệu suất PV 12 CHƯƠNG : HỆ THỐNG PV THẾ HỆ I VÀ II 14 2.1 pin mặt trời tinh thể silic 14 2.1.1 mono cystalline 14 2.1.2 Poly crystalline 15 2.1.3 Quy trình sản xuất pin mặt trời đơn tinh thể 17 2.2 Thin film solar cell 20 CHƯƠNG 3: PV THẾ HỆ THỨ III VÀ IV 23 3.1 Pin mặt trời nhạy cảm với thuốc nhuộm (DSSC) 23 3.2 Quantum Dots solar cell 25 3.2.1 Một số hạn chế QDSC 28 CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG VÀ THỊ TRƯỜNG SC TOÀN CẦU 29 4.1 Ứng dụng SC 29 4.2 Thị trường solar cell toàn cầu 31 KẾT LUẬN 34 PHỤ LỤC 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO 37 MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình : Hệ mức lượng 10 Hình :Nguyên lý hoạt động pin mặt trời 12 Hình :Quy trình nối để sản xuất silicon 14 Hình :Cấu trúc pin mặt trời đơn tinh thể 15 Hình :ảnh tế bào quang điện đa tinh thể 16 Hình :Cấu trúc TFSC điển hình cho mối nối đơn: (a) chất Cu (InGa) Se2; (b)CdTe siêu tốc độ; (c) song song thiết bị nối ba a-Si 22 Hình :Biểu đồ mức lượng DSSC VAC = mức lượng chân không, CB = vùng dẫn, VB = vùng hóa trị 24 Hình :Sơ đồ hoạt động thiết bị pin mặt trời nhạy cảm với thuốc nhuộm 24 Hình :Loại chấm lượng tử dẫn đến pin mặt trời rẻ truyền thông qua vệ tinh tốt 25 Hình 10 :Cấu tạo hoạt động pin mặt trời Chấm lượng tử 27 Hình 11 :Sơ đồ nguyên lý hoạt động sơ đồ dải lượng QDSC 27 Hình 12 :a) xe dùng pin mặt trời, b) đèn dùng pin mặt trời 29 Hình 13 :Sự phát triển cơng suất lắp đặt điện mặt trời hàng năm toàn cầu tới năm 2015 33 PHỤ LỤC Phụ lục :Một số số liệu tham khảo Pin mặt trời 35 Phụ lục : Một số tính chất vật liệu Pin mặt trời 35 Phụ lục : so sánh hiệu suất loại pin 36 DANH MỤC VIẾT TẮT TFSC : Thin film solar cell DSSC : Pin mặt trời nhạy cảm với thuốc nhuộm QDSC : Quantum dot solar cell PV : Photo voltaic PVD : Physical Vapor Deposition CIS : Đồng-Indi-Selenide CIGS : Đồng Indium-Gali-Diselenide Cd-Te : Cadmium Telluride CVD : Lắng đọng hóa học MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Nhu cầu nguồn lượng người thời đại khoa học kỹ thuật phát triển ngày tăng Trong nguồn nhiên liệu dự trữ than dầu mỏ, khí thiên nhiên thủy điện đều, nhiệt điện có hạn khiến cho nhân loại đứng trước nguy ngày cạn kiệt gây ô nhiễm môi trường Việc tìm kiếm khai thác nguồn lượng lượng mặt trời hướng quan trọng ngày mạnh mẽ Năng lượng mặt trời xem ngốn lượng tru việt tương lai, nguồn lượng sẵn có, siêu miễn phí Tỷ trọng nguồn lượng tăng lên theo cấp số nhân qua các năm, nhận quang tâm phủ quốc gia giới, nhà khoa học tất lĩnh vực liên quan Việt Nam có lợi nằm vùng phân bổ ánh nắng mặt trời nhiều năm đồ xạ mặt trời giới, với bờ biển trải dai 3.000km, lại có tới hàng nghìn đảo có dân cư sinh sống, nhiều nơi khơng thể đưa điện lưới đến Vì vậy,việc nghiên cứu triển khai áp dụng lượng thay có lượng mặt trời cần thiết Trên sở hướng dẫn Thầy Đỗ Huy Bình nhóm chúng em chọn đề tài "Tìm hiểu vật liệu bán dẫn SOLAR CELL" nhằm hoàn thiện vấn đề bỏ ngỏ chưa quan tâm đầy đủ kể Mục đích nghiên cứu Đề tài tập trung tìm hiểu tế bào quang điện quy trình chế tạo tế bào quang điện để hoàn thiện vật liện bán dẫn solar cell Phương pháp nghiên cứu Phân tích xác định đặc thù đối tượng nghiên cứu thông qua nhiều cách tiếp cận CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ SOLAR CELL Lịch sử hình thành solar cell Bất kỳ thiết bị trực tiếp biến đổi lượng ánh sáng thành lượng điện thông qua quá trình quang điện pin mặt trời Sự phát triển công nghệ pin mặt trời nghiên cứu năm 1839 nhà vật lý người Pháp AntoineCésar Becquerel Becquerel quan sát thấy hiệu ứng quang điện làm thí nghiệm với điện cực rắn dung dịch chất điện phân ơng thấy có hiệu điện xuất ánh sáng chiếu vào điện cực Sau vào năm 1870, Willoughby Smith, WG Adams RE Day phát hiệu ứng PV selen Vài năm sau, người Mỹ tên CE Fritts đặt selen vơ định hình lên kim loại phủ selen vàng suốt Ông báo cáo mảng selen tạo lực “liên tục, không đổi đáng kể - tiếp xúc với ánh sáng mặt trời.” Vào thời điểm đó, khơng có lượng tử lý thuyết ông nghi ngờ tuyên bố việc chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng, ơng gửi mẫu đến Werner Siemens Đức, chuyên gia kính trọng lĩnh vực Tuy nhiên, hiệu suất chuyển đổi màng oxit kim loại mỏng pin mặt trời selen vơ định hình thấp 1% Khoảng 75 năm trôi qua học lượng tử phát hiện, tầm quan trọng chất bán dẫn đơn tinh thể công nhận hành vi tiếp giáp p / n giải thích Đến năm 1954, Chapin cộng Bell Labs phát hiện, phát minh chứng minh loại pin mặt trời silicon đơn tinh thể với hiệu suất 6% Trong vài năm tiếp theo, nhà nghiên cứu tạo pin mặt trời silicon có hiệu suất lên tới 15% Ngày nay, pin mặt trời silicon sử dụng để cung cấp lượng cho trạm vũ trụ Ngành công nghiệp pin mặt trời cịn nhỏ có lệnh cấm vận dầu mỏ Ả Rập vào năm 1973 Cho đến thời điểm đó, ngành sản xuất pin mặt trời tạo dựng chỗ đứng vững với ngành sản xuất hiệu suất ô mảng cấp thấp quán Trong 20 năm đầu, độ tin cậy động lực chi phí khơng quan trọng Sau năm 1973, mô-đun silicon dạng đĩa phẳng đưa điều chỉnh cho phù hợp với thời tiết khả chống chịu Quá trình chuyển đổi bao gồm cải tiến lớn chế tạo tế bào mơ-đun giúp giảm chi phí đáng kể Đĩa phẳng hiệu tế bào silicon “vô địch” cải thiện đến giá trị cao tới 25% Hiệu suất mô-đun sản xuất cải thiện từ khoảng 10% mô-đun ban đầu lên đến 19% (SunPower Corporation) Quan trọng số lượng sản xuất hàng năm tăng lên đáng kể Sản lượng toàn giới vượt quá GW / năm vào năm 2002 tăng lên 3,8 GW / năm vào năm 2006 Vào cuối năm 1970, người ta phát tế bào tốt tạo wafer đa tinh thể miễn kích thước tinh thể lớn 20 lần so với chiều dài hấp thụ quang học Chỉ hạt tải điện chiều dài hấp thụ quang học từ ranh giới tinh thể bị Đây 5% các nhà cung cấp dịch vụ Về đặc điểm, hiệu suất sản xuất tế bào đa tinh thể khoảng 14%, tế bào đơn tinh thể tương đương có hiệu suất khoảng 15% Đến năm 2007, mơ-đun có tế bào đa tinh thể chiếm khoảng 45% doanh số bán hàng mơ-đun có tế bào đơn tinh thể chiếm khoảng 40% doanh số bán hàng Các mô-đun tế bào silicon phẳng thống trị thị trường vào năm 2007 năm đầu tài trợ tốt cho vệ tinh không gian hỗ trợ đường cong học tập khổng lồ chúng từ silicon đơn tinh thể phát triển cơng nghệ Mạch tích hợp Trong tế bào làm từ silicon thống trị thị trường điện mặt trời ngày nay, số loại tế bào khác tham gia vào thị trường (Pin mặt trời gọi tế bào PV) Các loại tế bào bổ sung đa dạng ứng dụng tiềm cung cấp các đường thay để giảm chi phí lượng mặt trời Các loại tế bào thay bao gồm tế bào silicon vô định hình hydro hóa , cadmium telluride tế bào màng mỏng CIGS các tế bào cô đặc với hiệu suất cao tới 41% Hiện tượng quang điện Hiệu ứng quang điện phát vào năm 1839 nhà vật lý Pháp Alexandre Edmond Becquerel Tuy nhiên năm 1883 pin lượng tạo thành, Charles Fritts, ông phủ lên mạch bán dẫn selen lớp cực mỏng vàng để tạo nên mạch nối Thiết bị có hiệu suất 1%, Russell Ohl xem người tạo pin lượng mặt trời năm 1946 Sau Sven Ason Berglund có các phương pháp liên quan tới việc tăng khả cảm nhận ánh sáng pin Hình : Hệ mức lượng [7] Xét hệ mức lượng điện tử (hình 1) E1 < E2, bình thường điện tử chiếm mức lượng thấp E1 Khi nhận xạ mặt trời, lượng tử ánh sáng photon có lượng hv (trong h số Planck,v tần số ánh sáng) bị điện tử hấp thụ chuyển lên mức lượng E2 Ta có phương trình cân lượng: Hv = E2 – E1 Trong vật thể rắn, tương tác rất, mạnh mạng tinh thể lên điện tử vịng ngồi, nên mức lượng bị tách nhiều mức lượng sát tạo thành vùng lượng (hình 2) Vùng lượng thấp bị điện tử chiếm đầy trạng thái cân gọi vùng hóa trị, mà mặt mức lượng Ev Vùng lượng phía tiếp hồn tồn trống bị chiếm phần gọi vùng dẫn, mặt vùng có lượng Ec Cách ly hai vùng hóa trị vùng dẫn vùng cấp có độ rộng với lượng Eg, khơng có mức lượng cho phép điện tử ... SÁCH NHĨM TIỂU LUẬN MƠN VẬT LIỆU BÁN DẪN - HỌC KỲ I NĂM HỌC 2021-2022 Mã lớp môn học: SEMA320712_22_1_01 Giảng viên hướng dẫn: TS Đỗ Huy Bình Tên đề tài: Tìm hiểu vật liệu bán dẫn SOLAR CELL Danh... Thầy Đỗ Huy Bình nhóm chúng em chọn đề tài "Tìm hiểu vật liệu bán dẫn SOLAR CELL" nhằm hồn thiện vấn đề cịn bỏ ngỏ chưa quan tâm đầy đủ kể Mục đích nghiên cứu Đề tài tập trung tìm hiểu tế bào quang... thiện vật liện bán dẫn solar cell Phương pháp nghiên cứu Phân tích xác định đặc thù đối tượng nghiên cứu thông qua nhiều cách tiếp cận CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ SOLAR CELL Lịch sử hình thành solar cell