Thông tin tài liệu
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU SUẤT PIN MẶT TRỜI DỊ THỂ VÔ ĐỊNH HÌNH/TINH THỂ SILIC CĨ CẤU TRÚC EMITTER PHÍA SAU BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG GVHD: ĐÀO VĨNH ÁI SVTH: HỒ CÔNG OANH KIỀU MSSV: 16130032 SKL 0 5 Tp Hồ Chí Minh, tháng 08/2020 an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG BỘ MƠN CƠNG NGHỆ VẬT LIỆU KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU SUẤT PIN MẶT TRỜI DỊ THỂ VÔ ĐỊNH HÌNH/TINH THỂ SILIC CĨ CẤU TRÚC EMITTER PHÍA SAU BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG GVHD: TS ĐÀO VĨNH ÁI SVTH: HỒ CƠNG OANH KIỀU MSSV: 16130032 Khố: 2016 - 2020 Tp Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2020 an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG BỘ MƠN CƠNG NGHỆ VẬT LIỆU KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU SUẤT PIN MẶT TRỜI DỊ THỂ VÔ ĐỊNH HÌNH/TINH THỂ SILIC CĨ CẤU TRÚC EMITTER PHÍA SAU BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG GVHD: TS ĐÀO VĨNH ÁI SVTH: HỒ CƠNG OANH KIỀU MSSV: 16130032 Khố: 2016 - 2020 Tp Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2020 an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG BM CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc Tp Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 07 năm 2020 NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: TS Đào Vĩnh Ái Cơ quan cơng tác giảng viên hướng dẫn: Phịng thí nghiệm FM&D, Viện nghiên cứu Khoa học Cơ Ứng dụng, Trường Đại học Duy Tân Sinh viên thực hiện: Hồ Công Oanh Kiều MSSV: 16130032 Tên đề tài: Nghiên cứu nâng cao hiệu suất pin mặt trời dị thể vơ định hình/tinh thể Silic có cấu trúc emitter phía sau phương pháp mơ Nội dung khóa luận: Khảo sát hiệu suất chuyển đổi lượng pin mặt trời dị thể có cấu trúc emitter phía sau thay đổi cơng điện tử lớp TCO; thay đổi nồng độ pha tạp và độ dày lớp a-Si:H(n+); thay đổi mật độ oxy, điện trở suất và độ dày lớp hấp thụ c-Si(n) Phân tích đánh giá kết đạt từ rút điều kiện tối ưu để chế tạo pin mặt trời có hiệu suất cao Các sản phẩm dự kiến: Bài báo cáo Ngày giao đồ án: 01/07/2020 Ngày nộp đồ án: 31/08/2020 Ngơn ngữ trình bày: Bản báo cáo: Tiếng Anh Tiếng Việt Trình bày bảo vệ: Tiếng Anh Tiếng Việt TRƯỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TS Nguyễn Thụy Ngọc Thủy TS Đào Vĩnh Ái i an KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG BỘ MÔN CƠNG NGHỆ VẬT LIỆU CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc ******* NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên Sinh viên: Hồ Công Oanh Kiều MSSV: 16130032 Ngành: Công nghệ vật liệu Tên đề tài: Nghiên cứu nâng cao hiệu suất pin mặt trời dị thể vô định hình/tinh thể Silic có cấu trúc emitter phía sau phương pháp mô Họ tên Giáo viên hướng dẫn: Đào Vĩnh Ái Cơ quan công tác GV hướng dẫn: Phịng thí nghiệm FM&D, Viện nghiên cứu Khoa học Cơ Ứng dụng, Trường Đại học Duy Tân Địa chỉ: Số 01A đường TL29, Phường Thạnh Lộc, Quận 12, Tp Hồ Chí Minh NHẬN XÉT Về nội dung đề tài và khối lượng thực hiện: - Về nội dung đề tài: Sinh viên Hồ Công Oanh Kiều thực đề tài: “Nghiên cứu nâng cao hiệu suất pin mặt trời dị thể vơ định hình/tinh thể Silic có cấu trúc emitter phía sau phương pháp mô phỏng” Thực đầy đủ nội dung yêu cầu bao gồm: (1) khảo sát hiệu suất chuyển đổi lượng pin mặt trời dị thể có cấu trúc emitter phía sau thay đổi cơng điện tử lớp TCO; (2) thay đổi nồng độ pha tạp và độ dày lớp a-Si:H(n+); (3) thay đổi mật độ oxy, điện trở suất và độ dày lớp hấp thụ c-Si(n); (4) phân tích đánh giá kết đạt từ rút điều kiện tối ưu để chế tạo pin mặt trời có hiệu suất cao - Về khối lượng thực hiện: Sinh viên Hồ Công Oanh Kiều hoàn thành khối lượng tương đối lớn tính tốn mơ để tìm điều kiện tối ưu nhằm nâng cao hiệu suất chuyển đổi lượng pin mặt trời dị thể Về bản, kết mơ giải thích hoàn toàn phù hợp với lý thuyết Tinh thần học tập, nghiên cứu sinh viên: Sinh viên Hồ Công Oanh Kiều thể tinh thần chịu khó tìm tịi, chăm hồn thành tốt yêu cầu đề đề tài Ngoài làm thái độ làm việc nghiêm túc, sinh viên Kiều chấp hành tốt việc thực Nội quy và Quy định phịng thí nghiệm FM&D ii an Ưu điểm: Sinh viên Kiều thành công việc mô nâng cao hiệu suất pin mặt trời dị thể vơ định hình/tinh thể Silic có cấu trúc emitter phía sau với hiệu suất lên đến 27,33 % kết này cao so với công trình nghiên cứu trước Khuyết điểm: Mặc dù kết mô nâng cao hiệu suất pin mặt trời dị thể vơ định hình/tinh thể Silic có cấu trúc emitter phía sau đạt kết tốt việc xử lý phân tích số liệu chưa đủ sâu Nhưng là khuyết điểm chấp nhận đề tài cấp sinh viên Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đồng ý cho sinh viên Hồ Công Oanh Kiều bảo vệ trước Hội đồng chấm khóa luận tốt nghiệp Điểm: (Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 08 năm 2020 Giáo viên hướng dẫn TS Đào Vĩnh Ái iii an KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG BỘ MÔN CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc ******* NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên Sinh viên: Hồ Công Oanh Kiều MSSV: 16130032 Ngành: Công nghệ Vật liệu Tên đề tài: Nghiên cứu nâng cao hiệu suất pin mặt trời dị thể vơ định hình/tinh thể Silic có cấu trúc emitter phía sau phương pháp mô Họ tên Giáo viên phản biện: …………………………………………………… Cơ quan công tác GV phản biện: ………………………………………… …… Địa chỉ: …………………………………………………………………………… NHẬN XÉT Về nội dung đề tài và khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Kiến nghị câu hỏi: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Điểm:……… (Bằng chữ: ………………………………………… ….) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2020 Giáo viên phản biện iv an LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn đến Ban Giám hiệu trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh tạo môi trường học tập thuận lợi cho sinh viên Em xin cảm ơn đến Thầy, Cô Khoa Khoa học Ứng dụng, người tận tâm truyền đạt kiến thức, quan tâm động viên em suốt bốn năm học vừa qua, giúp em có đủ kiến thức để hồn thành khóa luận Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS Đào Vĩnh Ái công tác Phịng thí nghiệm FM&D, Viện nghiên cứu Khoa học Cơ Ứng dụng, Trường Đại học Duy Tân Thầy định hướng cho em biết hướng đề tài suốt q trình hồn thành luận văn thầy theo sát bước, truyền đạt cho em kiến thức chuyên môn tác phong làm việc Cảm ơn Thầy giúp đỡ em nhiều để em hồn thiện khóa luận tốt nghiệp Em xin gửi lời cảm ơn đến Thầy, Cơ, anh, chị làm việc Phịng thí nghiệm FM&D, Viện nghiên cứu Khoa học Cơ Ứng dụng, Trường Đại học Duy Tân dạy, tạo điều kiện thuận lợi để em sử dụng sở vật chất, máy móc thiết bị q trình làm khóa luận tốt nghiệp Cảm ơn bạn Hà Minh Trí, Lê Văn Tài, Nguyễn Thị Thu Uyên, Nguyễn Thị Kim Loan, Đặng Công Thuận, Cù Phạm Thành Hiếu, Trịnh Ngọc Lễ giúp đỡ, động viên em học tập trình thực khóa luận tốt nghiệp Đặc biệt bạn Lê Thị Như Quỳnh và Dương Anh Tú - hai người bạn tốt đồng hành em bốn năm qua, người giúp em lấy lại động lực lúc khó khăn để hồn thành khóa luận Cuối xin gửi lời cảm ơn đến ba mẹ và anh trai ln tin tưởng, u thương, chăm sóc để yên tâm học tập Xin chúc tất người mạnh khỏe đạt nhiều thành công! Xin chân thành cảm ơn Tp Hồ Chí Minh, ngày 26 thánh 08 năm 2020 Sinh viên Hồ Công Oanh Kiều v an LỜI CAM ĐOAN Dưới sự hướng dẫn trực tiếp TS Đào Vĩnh Ái, Tôi xin cam đoan kết khóa luận tơi thực số liệu hồn tồn trung thực, chưa cơng bố báo cáo trước đây, nội dung tham khảo khóa luận tốt nghiệp trích dẫn xác và đầy đủ theo qui định Nếu phát có sự gian lận tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm nội dung khố luận Luận văn này thực sử dụng máy móc thiết bị có sẵn Phịng thí nghiệm FM&D Trường Đại học Duy Tân, Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng và đối tác Phịng thí nghiệm Đồng thời, TS Đào Vĩnh Ái hỗ trợ gần toàn kinh phí cho nghiên cứu Kết sử dụng để hoàn thành luận văn tốt nghiệp Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh Chỉ TS Đào Vĩnh Ái quyền sử dụng kết nghiên cứu này để công bố khoa học Tp Hồ Chí Minh, ngày 26 thánh 08 năm 2020 Sinh viên Hồ Công Oanh Kiều vi an MỤC LỤC Trang bìa Nhiệm vụ khóa luận tốt nghiệp i Nhận xét giáo viên hướng dẫn ii Nhận xét giáo viên phản biện iv Lời cảm ơn v Lời cam đoan vi Mục lục .vii Danh mục từ viết tắt ix Danh mục bảng biểu xiv Danh mục biểu đồ hình ảnh xv LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan pin mặt trời 1.2 Các thông số đặc trưng pin mặt trời 1.2.1 Mật độ dòng ngắn mạch 1.2.2 Thế hở mạch 1.2.3 Công suất cực đại, hiệu suất, hệ số lấp đầy pin mặt trời 1.3 Giới thiệu sơ lược pin mặt trời Silic 10 1.4 Sơ lược pin mặt trời dị thể vơ định hình/tinh thể Silic 11 1.5 Ưu điểm và q trình tối ưu hóa pin mặt trời dị thể vơ định hình/tinh thể Silic có cấu trúc emitter phía sau 16 1.5.1 Ưu điểm 16 1.5.2 Q trình tối ưu hóa 18 CHƯƠNG PHẦM MỀM MÔ PHỎNG AFORS - HET 23 2.1 Giới thiệu phần mềm AFORS - HET 23 2.2 Mơ hình quang 23 2.3 Mơ hình điện 23 2.4 Ưu điểm phần mềm AFORS - HET 25 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 26 3.1 Cấu trúc pin mặt trời dị thể vơ định hình/tinh thể Silic có cấu trúc emitter phía sau phầm mềm mơ AFORS - HET 26 3.2 Sự ảnh hưởng cơng điện tử lớp oxit dẫn điện suốt đến hiệu suất pin mặt trời dị thể vơ định hình/tinh thể Silic có cấu trúc emitter phía sau 26 vii an 3.4.2 Sự ảnh hưởng điện trở suất lớp hấp thụ c-Si(n) Hình 3.16 thể sự ảnh hưởng điện trở suất ρ lớp hấp thụ c-Si(n) đến hiệu suất pin mặt trời dị thể Khi tăng điện trở suất ρ dẫn đến giảm hệ số lấp đầy FF, hở mạch Voc mật độ dòng ngắn mạch Jsc Ở điều kiện Dod = 11010 cm-3, tăng ρ từ 0,5 Ωcm đến Ωcm Voc giảm từ 765,2 mV xuống 760,1 mV, Jsc giảm từ 42,09 mA/cm2 xuống 40,48 mA/cm2 FF giảm từ 84,81 % xuống 84,61 % Do đó, hiệu suất pin mặt trời dị thể giảm 3,73 %, từ 27,31 % xuống 26,04 % Hệ số lấp đầy FF hở mạch Voc giảm ảnh hưởng tốc độ tái hợp pin mặt trời Hình 3.19 thể tốc độ tái hợp cặp điện tử - lỗ trống pin mặt trời thay đổi điện trở suất lớp hấp thụ c-Si(n) hai trường hợp cụ thể là ρ = 0,5 Ωcm và ρ = Ωcm Kết từ Hình 3.19 cho thấy, điện trở suất tăng từ 0,5 Ωcm lên đến Ωcm tốc độ tái hợp cặp điện tử - lỗ trống trung bình lớp hấp thụ c-Si(n) tăng từ 7,6510 18 cm-3.s-1 lên đến 9,2510 18 cm3 s -1 Phương trình (4) V tỉ lệ nghịch với J (phản ánh tốc độ tái hợp) oc Do đó, tốc độ tái hợp cặp điện tử - lỗ trống tăng tăng ρ dẫn đến giảm Voc, Voc giảm làm FF giảm theo (kết suy từ phương trình (10)) Hình 3.19 Tốc độ tái hợp cặp điện tử - lỗ trống pin mặt trời dị thể ứng với giá trị điện trở suất ρ = 0,5 Ωcm và ρ = Ωcm Mật độ dòng ngắn mạch Jsc pin mặt trời dị thể giảm sự ảnh hưởng hiệu suất lượng tử QE Hình 3.20 thể sự thay đổi hiệu suất lượng tử QE 44 an điện trở suất ρ lớp c-Si(n) thay đổi từ 0,5 Ωcm đến Ωcm Từ Hình 3.20 thấy tăng giá trị điện trở suất ρ từ 0,5 Ωcm đến Ωcm, vùng bước sóng ngắn từ 300 nm đến 400 nm giá trị QE giảm, khoảng bước sóng ánh sáng hấp thụ lớp bán dẫn mặt trước, hấp thụ lớp này khơng đóng góp nhiều cho việc tạo hạt mang điện và gọi hấp thụ kí sinh [60] Ở vùng bước sóng dài từ 400 nm đến 600 nm, giảm ρ giá trị QE tăng, khoảng bước sóng này, ánh sáng hấp thụ lớp hấp thụ c-Si(n), cặp điện tử - lỗ trống sinh góp phần làm tăng Jsc Do xét vùng bước sóng từ 400 nm đến 600 nm, càng tăng điện trở suất ρ hiệu suất lượng tử QE giảm Dựa vào phương trình (11) thấy QE giảm dẫn đến giá trị Jsc giảm Hình 3.20 Hiệu suất lượng tử pin mặt trời dị thể ứng với giá trị điện trở suất ρ từ 0,5 Ωcm đến Ωcm Hình 3.21 thể đường đặc trưng J - V pin mặt trời dị thể thay đổi điện trở suất ρ lớp c-Si(n) khoảng từ 0,5 Ωcm đến Ωcm Trong Hình 3.21, thấy tăng điện trở suất ρ từ 0,5 Ωcm lên Ωcm Jsc Voc giảm Cụ thể là tăng ρ từ 0,5 Ωcm lên Ωcm, Jsc giảm từ 42,09 mA/cm2 xuống 40,48 mA/cm2, Voc giảm từ 765,2 mV xuống 760,1 mV 45 an Như điện trở suất ρ lớp hấp thụ c-Si(n) thấp hiệu suất pin mặt trời cao Hiệu suất pin mặt trời dị thể phụ thuộc chủ yếu vào FF Jsc Nếu xét điều kiện ρ = 0,5 Ωcm hiệu suất pin cao đạt là: η = 27,31 % với FF = 84,81 %, Voc = 765,2 mV, Jsc = 42,09 mA/cm2 Hình 3.21 Đặc trưng J - V pin mặt trời dị thể ứng với giá trị ρ = 0,5 Ωcm và ρ = Ωcm 3.4.3 Sự ảnh hưởng độ dày lớp hấp thụ c-Si(n) Để tìm hiểu sự ảnh hưởng độ dày lớp hấp thụ c-Si(n) đến thông số đặc trưng pin mặt trời, thực mô pin mặt trời có độ dày lớp hấp thụ khác và thu kết Hình 3.22 Trong mô này, độ dày lớp hấp thụ c-Si(n) thay đổi khoảng từ 150 μm đến 350 μm, điện trở suất ρ lớp c-Si(n) thay đổi từ 0,5 Ωcm đến Ωcm Các thông số đầu vào pin giữ không đổi, bao gồm ΦTCO = 3,7 eV, Nd = 510 15 cm-3 Ta-Si:H(n +) = nm, Dod = 110 10 cm-3 , Ta-Si:H(p) = nm; TTCO = 80 nm Từ Hình 3.22 thấy tăng độ dày lớp c-Si(n), Voc FF lại giảm dần, Jsc tăng đến giá trị cao sau giảm Hiệu suất pin tăng đến giá trị cực đại độ dày định, gọi là độ dày tối ưu Top, vượt Top hiệu suất pin giảm Tùy thuộc vào giá trị điện trở suất ρ lớp c-Si(n) mà độ dày tối ưu Top lớp hấp thụ c-Si(n) khác Ví dụ ρ = 0,5 Ωcm, Top = 250 μm 46 an pin mặt trời dị thể đạt hiệu suất cao nhất: η = 27,33 % với Voc = 761,4 mV, Jsc = 42,36 mA/cm2, FF = 84,72 % Khi ρ = Ωcm, với Top = 300 μm pin mặt trời dị thể có hiệu suất cao nhất: η = 26,87 %, Voc = 756,4 mV, Jsc = 42,04 mA/cm2, FF = 84,48 % Hình 3.22 Đặc trưng pin mặt trời dị thể thay đổi độ dày và điện trở suất lớp hấp thụ c-Si(n) Thế hở mạch Voc hệ số lấp đầy FF pin mặt trời dị thể giảm tăng độ dày sự ảnh hưởng độ dày khuếch tán hạt mang điện lớp hấp thụ cSi(n) Hình 3.23a thể tốc độ tái hợp cặp điện tử - lỗ trống độ dày lớp cSi(n) 150 μm và 250 μm, ρ = 0,5 Ωcm Có thể thấy Tc-Si(n) = 150 μm, độ dài khuếch tán hạt mang điện ngắn Tc-Si(n) = 250 μm Ở trường hợp này, mối liên hệ Voc và độ dài khuếch tán hạt mang điện thể qua phương trình sau [56]: 𝑉𝑜𝑐 = 𝐽𝑜 ≈ 𝑘𝑡 𝑞 𝐽 𝑙𝑛 ( 𝑠𝑐 + 1) 𝐽𝑜 𝑞𝐷 𝑛2𝑖 𝐿 𝑑𝑖𝑓𝑓𝑁 𝐿 𝑑𝑖𝑓𝑓 = √𝐷𝜏𝑏𝑢𝑙𝑘 (4) (13) (14) 47 an Từ phương trình (4), (13), (14) thấy Voc tỉ lệ thuận với độ dài khuếch tán 𝐿 𝑑𝑖𝑓𝑓 thời gian sống 𝜏𝑏𝑢𝑙𝑘 hạt tải Do độ dày lớp hấp thụ c-Si(n) lớn, hạt mang điện phải di chuyển quãng đường dài trước di chuyển điện cực nên tốc độ tái hợp cặp điện tử - lỗ trống tăng cao Theo phương trình (4), tốc độ tái hợp cặp điện tử - lỗ trống tăng làm J0 tăng từ Voc thu giảm Thế hở mạch Voc thấp dẫn đến hệ số lấp đầy FF thấp (hệ phương trình (10)) Hình 3.23 (a) Đường cong biểu diễn tốc độ tái hợp; (b) Hiệu suất lượng tử pin mặt trời dị thể độ dày lớp hấp thụ c-Si(n) giá trị là 150 μm và 250 μm Khi thay đổi dày lớp hấp thụ c-Si(n) dẫn đến Jsc thay đổi theo, để giải thích sự thay đổi Jsc hiệu suất lượng tử QE chúng tơi thực mơ Hình 3.23b thể hiệu suất lượng tử QE pin mặt trời dị thể độ dày hấp thụ lớp c-Si(n) có giá trị 150 μm và 250 μm, ρ = 0,5 Ωcm Có thể thấy từ bước sóng 900 nm đến 11000 nm, độ dày lớp hấp thụ c-Si(n) lớn có hiệu suất lượng tử QE lớn so với độ dày lớp hấp thụ nhỏ Ở bước sóng 910 nm, tăng Tc-Si(n) từ 150 μm lên đến 250 μm hiệu suất lượng tử QE tăng từ 0,95 lên đến 48 an 0,98 Hiệu suất lượng tử QE phụ thuộc vào độ dày lớp hấp thụ c-Si(n) và biểu diễn qua phương trình sau [57]: 𝑄𝐸(𝜆) = [1 − 𝑅𝐹 (𝜆)][1 − 𝐴 𝑇𝐶𝑂 (𝜆)][1 − 𝐴𝑎−𝑆𝑖:𝐻(𝑝) (𝜆)] [1 − 𝐴𝑎−𝑆𝑖:𝐻(𝑛+ ) (𝜆)][𝐴𝑐−𝑆𝑖 (𝜆)] 𝐴𝑐−𝑆𝑖 (𝜆) = − 𝑒𝑥𝑝[−𝛼 (𝜆) 𝑇] (15) (16) Từ phương trình (15) thấy 𝐴𝑐−𝑆𝑖 (𝜆) tỉ lệ thuận với QE Từ phương trình (16), độ dày T lớp hấp thụ c-Si(n) lại tỉ lệ thuận với 𝐴𝑐−𝑆𝑖 (𝜆) Do độ dày lớp hấp thụ c-Si(n) lớn khả hấp thụ photon khoảng bước sóng dài nhiều, dẫn đến tăng hiệu suất lượng tử QE Theo phương trình (11), việc tăng hiệu suất lượng tử QE vùng bước sóng dài giúp tăng dịng ngắn mạch Jsc Hình 3.24 biểu diễn đường đặc trưng J - V pin mặt trời dị thể độ dày lớp hấp thụ là 150 μm và 250 μm Có thể thấy tăng độ dày lớp hấp thụ c-Si(n) Jsc tăng lên cịn Voc giảm xuống Cụ thể là tăng độ dày lớp hấp thụ từ 150 μm lên đến 250 μm, Jsc tăng từ 41,64 mA/cm2 lên 42,36 mA/cm2, Voc giảm từ 769,5 mV xuống cịn 761,4 mV Hình 3.24 Đường đặc trưng J - V pin mặt trời dị thể ứng với độ dày lớp hấp thụ c-Si(n) 150 μm và 250 μm 49 an Như tăng độ dày lớp hấp thụ c-Si(n) Voc FF giảm liên tục, Jsc tăng đến giá trị cực đại Top sau giảm Hiệu suất pin mặt trời dị thể chủ yếu phụ thuộc vào Jsc Khi Tc-Si(n) = 250 μm và ρ = 0,5 Ωcm, lúc này pin mặt trời dị thể có hiệu suất cao nhất: η = 27,33 % với Voc = 761,4 mV, Jsc = 42,36 mA/cm2 , FF = 84,72 % 3.5 Đánh giá lại kết Hình 3.25 Đường đặc trưng J - V công suất pin mặt trời dị thể vơ định hình/tinh thể Silic có cấu trúc emitter phía sau điều kiện tối ưu Từ kết đánh giá phân tích sự ảnh hưởng lớp TCO, a-Si:H(n+ ) c-Si(n) đến đặc trưng pin mặt trời dị thể, rút điều kiện tối ưu để chế tạo pin có hiệu suất cao Các điều kiện tối ưu bao gồm: lớp TCO có ΦTCO = 3,7 eV; lớp a-Si:H(n+) có độ dày Ta-Si:H(n +) = nm (dựa điều kiện thực tế) Nd = 5×10 15 cm-3; lớp hấp thụ c-Si(n) có ρ = 0,5 Ωcm, Dod = 1×1010 cm-3 Tc-Si(n) = 250 μm Cuối cùng, hiệu suất chuyển đổi lượng pin mặt trời dị thể đạt giá trị cao nhất: η = 27,33 % với Voc = 761,4 mV, Jsc = 42,36 mA/cm2và FF = 84,72 % Hình 3.25 thể đường đặc trưng J - V công suất pin mặt trời dị thể vô định hình/tinh thể Silic có cấu trúc emitter phía sau điều kiện tối ưu 50 an KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN A Kết luận Chúng nghiên cứu tập trung vào lớp TCO, a-Si:H(n+) c-Si(n) nhằm mục đích nâng cao hiệu suất pin mặt trời dị thể vơ định hình/tinh thể Silic có cấu trúc emitter phía sau phần mềm mơ AFORS - HET Qua q trình nghiên cứu, chúng tơi rút điều kiện tối ưu để chế tạo pin mặt trời dị thể có hiệu suất cao sau: Đối với lớp TCO: càng tăng ΦTCO đặc trưng pin giảm Khi ΦTCO = 3,7 eV hiệu suất chuyển đổi lượng đạt cao Đối với lớp a-Si:H(n+): - Độ dày lớp a-Si:H(n+) thấp hiệu suất pin thu cao, nhiên dựa vào điều kiện chế tạo thực tế lớp a-Si:H(n+) có độ dày tối thiểu nm - Nồng độ pha tạp cao hiệu suất pin giảm, nên nồng độ pha tạp cần phải thấp 5×10 18 cm-3 Kết mô cho hiệu suất cao nồng độ pha tạp 5×10 15 cm-3 Đối với lớp hấp thụ c-Si(n): - Mật độ oxy lớp hấp thụ cao hiệu suất thu giảm Với giá trị 1×10 10 cm-3 đặc trưng pin thu cao so với mật độ oxy tăng lên đến 1×10 11 cm-3 - Tăng điện trở suất lớp hấp thụ từ 0,5 Ωcm lên đến Ωcm, hiệu suất pin giảm 3,73 % từ 27,31% xuống 23,58 % Do giá trị điện trở suất 0,5 Ωcm cho hiệu suất cao - Hiệu suất pin mặt trời đạt giá trị cao độ dày lớp hấp thụ đạt giá trị tối ưu Ứng với giá trị điện trở suất độ dày tối ưu lớp hấp thụ có giá trị khác Đối với lớp c-Si(n) có điện trở suất là 0,5 Ωcm độ dày tối ưu lớp này là 250 μm - Kết hợp tất điều kiện tối ưu lớp TCO, a-Si:H(n+), c-Si(n) bao gồm: ΦTCO = 3,7 eV, Ta-Si:H(n +) = nm, Nd = 5×10 15 cm-3 , Dod = 1×10 10 cm-3 , ρ = 0,5 Ωcm, Tc-Si(n) = 250 μm, hiệu suất pin mặt trời dị thể đạt cao 27,33 % với Voc = 761,4 mV, Jsc = 42,36 mA/cm2 FF = 84,72 % B Hướng phát triển Bên cạnh kết tính tốn mơ trên, để hồn thiện hơn, chúng tơi có đề xuất sau: 51 an - Thực thêm tính tốn mơ sai hỏng bề mặt lớp hấp thụ - Thực thêm tính tốn mơ lớp emitter phía sau - Triển khai chế tạo pin mặt trời dị thể với cấu trúc emitter phía sau với thơng số vừa tối ưu 52 an TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [28] Ngô Thị Thanh Giang (2020) “Ứng dụng phép xấp xỉ thống kê việc tối ưu pin mặt trời dị thể vơ định hình/tinh thể Silic” Luận văn thạc sĩ khoa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Trang 8-27 Tiếng Anh [1] Acikgoz C (2011) “Renewable energy education in Turkey” Renewable Energy, 36, pp 608 - 611 [2] Chmielewsk A G (2005) “Environmental effects of fossil fuel combustion”, EOLSS, pp - [3] Fritts C E (1885) “On the Fritts selenium cells and batteries” J Franklin Inst 119 (3), pp 221 - 232 [4] Taguchi M., Yano A., Tohoda S., Matsuyama K., Nakamura Y., Nishiwaki T., Maruyama E (2013) “24.7 % record efficiency HIT solar cell on thin Silicon wafer” IEEE J Photovoltaics (1), pp 96 - 99 [5] Masuko K., Shigematsu M., Hashiguchi T., Fujishima D., Kai M., Yoshimura N., Yamanishi T (2014) “Achievement of more than 25 % conversion efficiency with crystalline Silicon heterojunction solar cell” IEEE J Photovoltaics (6), pp 1433 - 1435 [6] Dao V A., Lee Y., Kim S., Kim Y., Lakshminarayan N., Yi J (2011) “Interface characterization and electrical transport mechanisms in a-Si: H/c-Si heterojunction solar cells” J Electrochem Soc 158 (3), pp 312 [7] Tanaka M., Taguchi M., Matsuyama T., Sawada T., Tsuda S., Nakano S., Kuwano Y (1992) “Development of new a-Si/c-Si heterojunction solar cells: ACJ-HIT (artificially constructed junction-heterojunction with intrinsic thinlayer)” Jpn J Appl Phys 31, pp 3518 [8] Yoshikawa K., Kawasaki H., Yoshida W., Irie T., Konishi K., Nakano K., Yamamoto K (2017) “Silicon heterojunction solar cell with interdigitated back contacts for a photoconversion efficiency over 26 %” Nat Energy (5), pp 17032 [9] Lu M., Bowden S., Das U., Burrows M., Birkmire R (2007) “Interdigitated Back Contact Silicon Heterojunction (IBC - SHJ) Solar Cell” MRS Proc pp 989 53 an [10] Lee S., Trinh T T., Pham D P., Kim S., Kim Y., Park J., Yi J (2019) “In Situ Process to Form Passivated Tunneling Oxides for Front-Surface Field in RearEmitter Silicon Heterojunction Solar Cells” ACS Sustainable Chem Eng (24), pp 19332 - 19337 [11] Li S., Tang Z., Xue J., Gao J., Shi Z., Li X (2018) “Comparative study on front emitter and rear emitter n-type Silicon heterojunction solar cells: The role of folded electrical fields” Vac 149, pp 313 - 318 [12] Khokhar M Q., Hussain S Q., Kim S., Lee S., Pham D P., Kim Y., Yi J (2020) “Review of Rear Emitter Silicon Heterojunction Solar Cells” Trans Electr Electron Mater 21, pp.138 - 143 [13] De S., Kondo M (2007) “Boron-doped a-Si:H/c-Si interface passivation: Degradation mechanism” Appl Phys Lett 91, pp 112109 [14] Yang L., Zhong S., Zhang W., Li X., Li Z., Zhuang Y., Shen W (2018) “Study and development of rear-emitter Si heterojunction solar cells and application of direct copper metallization” Prog Photovoltaics Res Appl 26 (6), pp 385 - 396 [15] Park H., Khokhar M Q., Cho E C., Ju M., Kim Y., Kim S., Yi J (2020) “Computer modeling of the front surface field layer on the performance of the rear-emitter Silicon heterojunction solar cell with 25 % efficiency” Opt 205, pp 164011 [16] Watahiki T., Furuhata T., Matsuura T., Shinagawa T., Shirayanagi Y., Morioka T., Tokioka H (2015) “Rear-emitter Si heterojunction solar cells with over 23 % efficiency” Appl Phys Express (2), pp 021402 [17] Bivour M., Schroeer S., Hermle M., Glunz S W (2014) “Silicon heterojunction rear emitter solar cells: Less restrictions on the optoelectrical properties of front side TCOs” Sol Energy Mater Sol Cells 122, pp 120 129 [18] Bivour M., Reichel C., Hermle M., Glunz S W (2012) “Improving the aSi:H(p) rear emitter contact of n-type Silicon solar cells” Sol Energy Mater Sol Cells 106, pp 11 - 16 [19] Becquerel E (1935) “Mémoire sur les effets électriques produits sous l’influence des rayons solaires” C.R Acad Sci 9, pp 561 - 567 [20] Fraas L M (2014) “History of Solar Cell Development” Springer, Cham pp - 12 [21] Hovel H J., Woodall J M (1972) “High efficiency AlGaAs-GaAs solar cells” Appl Phys Lett 21, pp 379 - 381 54 an [22] Mishima T., Taguchi M., Sakata H., Maruyama E (2011) “Development status of high - efficiency HIT solar cells” Sol Energy Mater Sol Cells 95, pp 18 - 21 [23] Green M A (2009) “The path to 25 % Silicon solar cell efficiency: History of Silicon cell evolution” Prog Photovoltaics Res Appl 17 (3), pp 183 - 189 [24] Rathore N., Panwar N L., Yettou F., Gama A (2019) “A comprehensive review of different types of solar photovoltaic cells and their applications” Int J Ambient Energy pp - 18 [25] Zhao L., Li H L., Zhou C L., Diao H W., Wang W J (2009) “Optimized resistivity of p-type Si substrate for HIT solar cell with Al back surface field by computer simulation” Energy Eng 83 (6), pp 812 - 816 [26] Chopra K L., Paulson P D., Dutta V (2004) “Thin‐film solar cells: an overview” Prog Photovoltaics Res Appl 12, pp 69 - 92 [27] NREL Transforming Energy “NREL Best Research - Cell Efficiency Chart.” [Online] Available: https://www.nrel.gov/pv/cell-efficiency.html (10/05/2020) [29] Tao Y., Rohatgi A (2017) “High ‐ Efficiency Front Junction n‐Type Crystalline Silicon Solar Cells” Nanostruct Sol Cells, pp 93 [30] Das A K., Karmalkar S (2011) “Analytical Derivation of the Closed-Form Power Law J - V Model of an Illuminated Solar Cell From the Physics Based Implicit Model” IEEE Trans Electron Devices 58 (4), pp 1176 - 1181 [31] Stuckelberger M., Biron R., Wyrsch N., Haug F J., Ballif C (2017) “Progress in solar cells from hydrogenated amorphous Silicon” Renewable Sustainable Energy Rev 76, pp 1497 - 1523 [32] Van W., Korte L., Roca F (2012) “Physics and technology of amorphous crystalline heterostructure Silicon solar cells” Berlin: Springer, pp - 43 [33] De S., Descoeudres A., Holman Z C., Ballif C (2012) “High - efficiency Silicon heterojunction solar cells: A review” Green, (1), pp - 24 [34] Phadke M S (1995) “Quality engineering using robust design” Prentice Hall PTR pp 112 - 198 [35] Panasonic Electric Works Europe AG “Panasonic HIT Heterojunction technology", [Online] Available: https://eu- solar.panasonic.net/en/hitheterojunction-sanyo-panasonic.htm (07/05/2020) [36] Bivour M., Schroer S., Hermle M., Glunz S W (2014) “Silicon heterojunction rear emitter solar cells: Less restrictions on the optoelectrical 55 an [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] properties of front side TCOs” Sol Energy Mater Sol Cells 122, pp 120 129 Mazzarella L., Morales-Vilches A B., Korte L., Schlatmann R., Stannowski B (2018) “Ultra - thin nanocrystalline n-type silicon oxide front contact layers for rear - emitter Silicon heterojunction solar cells” Sol Energy Mater Sol Cells 179, pp 386 - 391 Varache R., Valla A., Nguyen N., Muñoz D (2014) “Front Side Recombination Losses Analysis in Rear Emitter Silicon Heterojunction Solar Cells” Energy Procedia, 55, pp 302 - 309 Kim S., Park J., Phong P D., Shin C., Iftiquar S M., Yi J (2018) “Improving the efficiency of rear emitter Silicon solar cell using an optimized n - type Silicon oxide front surface field layer” Sci Rep (1), pp - 10 Pham D P., Kim S., Lee S., Le A H T., Park J., Yi J (2019) “Ultra - thin stack of n-type hydrogenated microcrystalline Silicon and Silicon oxide front contact layer for rear - emitter Silicon heterojunction solar cells” Mater Sci Semicond Process 96, pp - Niemela J P., Macco B., Barraud L., Descoeudres A., Badel N., Despeisse M., Creatore M (2019) “Rear - emitter Silicon heterojunction solar cells with atomic layer deposited ZnO:Al serving as an alternative transparent conducting oxide to In2O3:Sn” Sol Energy Mater Sol Cells 200, pp 109953 Van W., Korte L., Roca F (2012) “Physics and technology of amorphouscrystalline heterostructure Silicon solar cells” Berlin: Springer, pp 1-43 Radder C., Satyanarayana B S (2018) “Simulation and analysis on device parameter variations of single junction hydrogenated amorphous Silicon solar cell” Mater Today: Proc (4), pp 10867 - 10874 Stangl R., Leendertz C., Haschke J (2010) “Numerical simulation of solar cells and solar cell characterization methods: the open-source on demand program AFORS - HET” Sol Energy 14, pp 319 - 352 Jehad A K., Hamammu I (2013) “Computer simulation on solving Poisson’s equation for the Silicon solar cell” ICECE-Benghazi (Libya) pp - Nath M., Chatterjee P., Damon-Lacoste J., Roca P (2008) “Criteria for improved open-circuit voltage in a‐Si: H (N)/c‐Si (P) front heterojunction with intrinsic thin layer solar cells” J Appl Phys 103 (3), pp 034506 Jiang X., Wong F L., Fung M K., Lee S T (2003) “Aluminum - doped zinc oxide films as transparent conductive electrode for organic light - emitting devices” Appl Phys Lett 83 (9), pp 1875 - 1877 56 an [48] Singh P., Ravindra N M (2012) “Temperature dependence of solar cell performance-an analysis” Sol Energy Mater Sol Cells 101, pp 36 - 45 [49] PVeducation, “Quantum efficiency” [Online] Available: https://www.pveducation.org/pvcdrom/solar-cell-operation/quantumefficiency (20/07/2020) [50] Miao J., Chen H., Liu F., Zhao B., Hu L., He Z.,Wu H (2015) “Efficiency enhancement in solution-processed organic small molecule: Fullerene solar cells via solvent vapor annealing” Appl Phys Lett 106 (18), pp 183302 [51] Kadri E., Krichen M., Arab A B (2015) “Effect of the front surface field (aSi:H) on the spectral response of thin films heterojunctions solar cells” J Comput Electron 14 (2), pp 557 - 565 [52] Xingcai L., Kun N (2018) “Effectively predict the solar radiation transmittance of dusty photovoltaic panels through Lambert - Beer law” Renewable energy, 123, pp 634 - 638 [53] Augusto A F R., Karas J., Balaji P., Bowden S., King R R (2020) “Exploring the practical efficiency limit of Silicon solar cells using thin solargrade substrates” J Mater Chem A [54] Zhao L., Zhou C L., Li H L., Diao H W., Wang W J (2008) “Role of the work function of transparent conductive oxide on the performance of amorphous/crystalline Silicon heterojunction solar cells studied by computer simulation” Phys Status Solidi A 205 (5), pp 1215 - 1221 [55] Corby S., Francás L., Kafizas A., Durrant J (2020) “Determining the role of oxygen vacancies in the photocatalytic performance of WO for water oxidation” Chem Sci [56] Tonio B (2011) “Fundamentals Of Solar Cells: Photovoltaic Solar Energy Conversion”, Academic Press, pp 48 - 68 [57] Park J., Dao V A., Kim S., Pham D P., Kim S., Le A H T., Yi J (2018) “High Efficiency Inorganic/Inorganic Amorphous Silicon/Heterojunction Silicon Tandem Solar Cells” Sci Rep (1), pp - 11 57 an S an K L 0 ... dị thể vơ định hình/ tinh thể Silic emitter phía trước pin mặt trời dị thể vơ định hình/ tinh thể Silic emitter phía sau [11] Đối với pin mặt trời dị thể vơ định hình/ tinh thể Silic emitter phía. .. nhóm nghiên cứu thực nghiên cứu mô lớp bán dẫn mặt trước pin mặt trời dị thể có cấu trúc emitter phía sau đạt hiệu suất 25 % Họ nhận thấy pin mặt trời dị thể có cấu trúc emitter phía sau sự... Li nhóm nghiên cứu thực nghiên cứu so sánh sự khác biệt cấu trúc emitter phía trước cấu trúc emitter phía sau pin mặt trời dị thể Kết nghiên cứu pin mặt trời có cấu trúc emitter phía sau hở
Ngày đăng: 02/02/2023, 09:16
Xem thêm:
