(Luận văn thạc sĩ) địa danh văn hóa và du lịch tỉnh bình định

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu mơ hình tính chất điện pin mặt trời màng mỏng sử dụng lớp cửa sổ ZnO cấu trúc nano” cơng trình nghiên cứu tơi sau hai năm theo học chương trình cao học chuyên ngành Vật lý chất rắn Trường Đại học Quy Nhơn Các số liệu tài liệu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình nghiên cứu Tất tham khảo kế thừa trích dẫn tham chiếu đầy đủ Quy Nhơn, ngày … tháng … năm 2019 Nguyễn Thị Thúy h LỜI CẢM ƠN Để hồn thành Luận văn trước tiên, tơi xin chân thành cảm ơn Quý thầy cô giáo khoa Vật lý (hiện khoa Khoa học Tự nhiên) Phòng Đào tạo Sau đại học - Trường Đại học Quy Nhơn tạo điều kiện giúp đỡ hồn thành Luận văn Tơi xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành kính trọng sâu sắc đến với TS Trần Thanh Thái, Thầy trực tiếp bảo, hướng dẫn giúp đỡ suốt q trình thực luận văn Tơi xin trân trọng cảm ơn GS M Burgelman cộng thuộc Trường Đại học Gent (Sweden) hỗ trợ phần mềm SCAPS-1D tài liệu liên quan Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Lãnh đạo Phịng Thí nghiệm Phân tích h Đo lường Vật lý, TS Lưu Thị Lan Anh (ĐHBK Hà Nội) trợ giúp thực nghiệm Mặc dù có nhiều cố gắng song luận văn tránh khỏi hạn chế thiếu sót Kính mong Q thầy giáo, nhà nghiên cứu quan tâm đến đề tài tiếp tục góp ý để tác giả hồn thiện hướng nghiên cứu Một lần xin chân thành cảm ơn! Quy Nhơn, ngày … tháng … năm 2019 Nguyễn Thị Thúy MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Tổng quan tình hình nghiên cứu đề tài Mục đích nghiên cứu luận văn Đối tượng phạm vi nghiên cứu h Phương pháp nghiên cứu Chương TỔNG QUAN VỀ PIN MẶT TRỜI 1.1 Năng lượng mặt trời 1.2 Các hệ pin mặt trời 1.3 Cơ sở vật lý pin mặt trời 10 1.3.1 Hiệu ứng quang điện 10 1.3.2 Nguyên lý hoạt động pin mặt trời 12 1.4 Pin mặt trời màng mỏng Cu(In,Al)S2 13 1.4.1 Cấu trúc pin mặt trời Cu(In,Al)S2 13 1.4.2 Lớp hấp thụ Cu(In,Al)S2 14 1.4.3 Lớp cửa sổ ZnO 15 1.4.4 Lớp đệm In2S3 20 1.4.5 Điện cực ITO 22 1.5 Pin mặt trời sử dụng lớp hấp thụ cực mỏng (ETA) 22 1.5.1 Giới thiệu chung 22 1.5.2 Nguyên lý pin mặt trời ETA 22 1.5.3 Hiệu suất lý thuyết tối đa pin mặt trời ETA 24 1.5.4 Sự phát triển pin mặt trời ETA 26 Chương LÝ THUYẾT VỀ MÔ PHỎNG SCAPS-1D 30 2.1 Giới thiệu phần mềm mô SCAPS-1D 30 2.2 Mơ hình chiều pin mặt trời 32 2.2.1 Mơ hình chiều pin mặt trời 32 2.2.2 Đặc trưng J-V pin mặt trời 33 2.2.3 Các đặc tính khơng lý tưởng mơ hình 34 2.2.4 Các thông số quang điện đánh giá hoạt động pin mặt trời 36 2.2.5 Hiệu suất lượng tử 38 2.2.6 Tổn hao pin mặt trời 39 h 2.3 Mơ hình tốn học mơ hình vật lý pin mặt trời 41 2.3.1 Mơ hình toán học 41 2.3.2 Mơ hình vật lý 43 Chương MƠ HÌNH HĨA VÀ MƠ PHỎNG CÁC THƠNG SỐ HOẠT ĐỘNG CỦA PIN MẶT TRỜI Cu(In,Al)S2 46 3.1 Lựa chọn cấu trúc 46 3.2 Các thông số đầu vào cho mô SCAPS 47 3.3 Mô hoạt động pin mặt trời 50 3.3.1 Ảnh hưởng chiều dày lớp chức 50 3.3.2 Ảnh hưởng nồng độ pha tạp lớp chức 58 3.4 Đánh giá hiệu pin mặt trời CIAS sử dụng lớp cửa sổ nano ZnO 63 3.4.1 Chế tạo thử nghiệm pin mặt trời CIAS sử dụng lớp cửa sổ ZnO cấu trúc nano 63 3.4.2 So sánh pin mặt trời CIAS sử dụng lớp cửa sổ ZnO màng mỏng ZnO cấu trúc nano 65 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao) h DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Ký hiệu Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt Absorption coefficient Hệ số hấp thụ  Thickness Chiều dày Conversion efficiency of the Hiệu suất chuyển đổi pin solar cell mặt trời  Resistivity Điện trở suất n Capture cross section electrons Tiết diện bắt giữ điện tử p Hole mobility Độ linh động lỗ trống p Capture cross section holes Tiết diện bắt giữ lỗ trống µn Electron mobility Độ linh động điện tử A Quality factor Hệ số phẩm chất AC Solar cell surface area Diện tích bề mặt pin mặt trời  Dn h  Diffusion coefficient for electrons Hệ số khuếch tán điện tử Dp Diffusion coefficient for holes Hệ số khuếch tán lỗ trống E Incoming radiation intensity Cường độ xạ tới Electron Điện tử EA Ionization energy Năng lượng ion hóa EC Conduction band energy Năng lượng vùng dẫn EF Fermi energy Năng lượng Fermi EFn Quasi-Fermi level for electron Mức Quasi-Fermi điện tử EFp Quasi-Fermi level for hole Mức Quasi-Fermi lỗ trống Eg Optical band gap energy Độ rộng vùng cấm quang EV Valence band energy Năng lượng đỉnh vùng hoá trị FF Fill factor Hệ số lấp đầy G Generation rate Tốc độ phát sinh J Current density Mật độ dòng JL Photo-generated current density e h Mật độ dòng quang điện phát sinh Current density at maximum Mật độ dịng cơng suất cực power output đại JMP Maximum current Mật độ dòng cực đại Jn Mobility of electrons Mật độ dòng điện tử Jp Mobility holes Mật độ dòng lỗ trống Jmax Reverse saturation current Mật độ dòng bảo hòa ngược JSC Short circuit current density Mật độ dòng ngắn mạch jth,n Particle current Mật độ dòng hạt chất bán dẫn LC The carrier collection length Chiều dài tập hợp hạt tải LD Diffusion length Chiều dài khuếch tán n Electron concentrations Nồng độ electron Concentrations electrons at the Nồng độ electron tiếp xúc contact in equilibrium p-n trạng thái cân NS Interface-defects concentration Nồng độ khuyết tật bề mặt Nt Bulk-defects concentration Nồng độ khuyết tật khối p Hole Lỗ trống Pin Input power Công suất đầu vào Pmax maximum power Công suất cực đại RS Serial resistance Điện trở nối tiếp RSH Shunt resistance Điện trở ngắn mạch T Transmitance Độ truyền qua Un Net recombination Tốc độ tái tổ hợp Up Generation rate Tốc độ phát sinh neq h JS V Voltage Điện áp Vbi Built-in voltage Điện áp tiếp xúc Vmax Voltage at maximum power output Điện áp công suất cực đại VMP Maximum voltage Điện áp cực đại VOC Open circuit voltage Điện áp hở mạch vth,n Thermal velocity of electrons vth,p Thermal velocity of holes W Absorber layer thickness Chiều dày lớp hấp thụ Conduction band discontinuity Năng lượng gián đoạn vùng dẫn ε Electric field Trường điện λ Wavelength Bước sóng λex Excitation wavelength Bước sóng kích thích ρ Charge density Mật độ điện tích Vận tốc chuyển động nhiệt điện tử Vận tốc chuyển động nhiệt lỗ trống h ΔEC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu AM1.5 CIAS CIS CVD Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt Ánh sáng điều kiện tiêu Air Mass 1.5 chuẩn Pin = 100 mW/cm2 Copper Indium Alumium Sulfide Copper Indium Sulfide Chemical Vapour Deposition Cu(In,Al)S2 CuInS2 Lắng đọng hoá học pha Cặp donor – aceptor DC Direct Current Dòng chiều DpC Dip-Coating EQE h Donor-Acceptor pair DAP External Quantum Efficiency ESD Electro Static Deposition ETA Extremely Thin Absorber FESEM FSPD Nhúng phủ Hiệu suất lượng tử bên Lắng đọng tĩnh điện Lớp hấp thụ có chiều dày mỏng Field Emission Scanning Hiển vi điện tử quét phát xạ Electron Microscope trường Full Spray Pyrolysis Phun phủ nhiệt phân toàn