PIN mặt TRỜI

MỤC LỤC 1.1 Lịch sử phát triển 1.2 Những thách thức đặt 1.3 Cấu trúc tham số đặc trưng 1.3.1 Cấu trúc PMT .4 1.3.2 Các đặc trưng hiệu hoạt động PMT màng mỏng CIGS CHƯƠNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG 2.1 Phương trình Poisson 2.1.1 Nồng độ điện tử tự nồng độ lỗ trống tự 2.1.2 Nồng độ trạng thái (ND+, NA-, pt, nt) 2.1.3 Nồng độ mức sai hỏng (nt pt) 11 2.2 Phương trình liên tục 11 2.2.1 Mật độ dòng điện tử mật độ dòng lỗ trống (Jn Jp) 12 2.2.2 Quá trình tái hợp hạt dẫn .12 CHƯƠNG CÁC THÔNG SỐ ĐẦU VÀO CỦA CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG MỘT CHIỀU AMPS – 1D 14 3.1 Các tham số .14 3.1.1 Điều kiện môi trường .14 3.1.2 Cấu trúc mô hình 15 3.2 Tính chất chung .16 3.2.1 Điều kiện ban đầu, hệ số phản xạ mặt trước sau .16 3.2.2 Hệ số phản xạ .17 3.2.3 Sự tái hợp bề mặt 17 3.3 Tính chất lớp .18 3.3.1 Tốc độ hạt tải mối liên hệ với mật độ trạng thái 18 3.3.2 Hệ số hấp thụ 19 3.4 Các trạng thái sai hỏng 20 CHƯƠNG Kết Kết luận 21 4.1Ảnh hưởng độ dầy lớp hấp thụ CIGS 21 4.2Ảnh hưởng hệ số phản xạ mặt trước 23 TÀI LIỆU THAM KHẢO 27 CHƯƠNG I KHÁI QUÁT VỀ PMT MÀNG MỎNG THẾ HỆ MỚI 1.1 Lịch sử phát triển Hiện nay,sự phát triển mạnh mẽ khoa học kĩ thuật.Song song với nguồn nguyên liệu truyền thống ngày cạn kiệt dần không đủ đáp ứng nhu cầu lượng người.Điều thúc đẩy người tìm vật liệu mới,những nguyên liệu Bên cạnh đó, cuối kỉ 21, nóng lên toàn cầu làm tăng nhiệt độ trung bình khí trái đất lên 1,4 oC – 5,8 oC Việc hướng tới dạng lượng sạch, với phát xạ thử thách lớn kỷ XXI Hội nghị lượng mới toàn cầu tại Born năm 2004 đã khẳng định quyết tâm của thế giới thay thế 20 % lượng điện truyền thống bằng nguồn lượng mới đó có điện mặt trời vào năm 2020 Trong vài công nghệ ứng dụng để thu hiệu suất cao thành công tốt màng mỏng từ tế bào lượng mặt trời Thiết bị chế tạo công nghệ lắng đọng không tốn dựa chất không đắt Vì vậy, chúng có tiềm để trở thành nguồn lượng có sức cạnh tranh mặt kinh tế thập kỷ sau PMT hệ dựa lớp hấp thụ CuIn 1-xGaxSe2 (CIGS) đạt hiệu cao tất màng mỏng tế bào lượng mặt trời Các màng mỏng chế tạo với chi phí sản phẩm thấp 1.2 Những thách thức đặt Việc phát triển loại pin mặt trời màng mỏng CIGS có những vướng mắc cần các nhà khoa học tiếp tục nghiên cứu tháo gỡ Vấn đề lớn nhất là đặc trưng hiệu hoạt động (dòng cực đại, cực đại, hiệu suất biến đổi lượng, hệ số lấp đầy) của loại pin này chưa cao sản xuất ở qui mô lớn và còn chưa ổn định, tức là phụ thuộc rất nhiều yếu tố thành phần, cấu trúc, công nghệ chế tạo Để giải quyết bài toán này, trước hết các nhà khoa học phải chế tạo được các lớp riêng rẽ của cấu trúc pin với phẩm chất mong muốn, phải hiểu được mối liên quan giữa điều kiện chế tạo với tính chất vật liệu, giữa các tính chất của các lớp riêng rẽ với hiệu hoạt động của toàn bộ cấu trúc Trong lĩnh vực này, ngoài các nghiên cứu thực nghiệm chế tạo mẫu bằng các phương pháp khác nhau, đo đạc các đặc tính vật liệu, phương pháp mô phỏng cũng là một công cụ hữu hiệu 1.3 Cấu trúc tham số đặc trưng 1.3.1 Cấu trúc PMT PMT hệ dựa lớp hấp thụ CIGS chế tạo dựa thuỷ tinh chất không sử dụng công nghệ lắng đọng Cấu trúc pin mô tả hình vẽ đây: Hình 2: Cấu trúc pin mặt trời với lớp hấp thụ CIGS Lớp lớp dẫn điện suốt ZnO, lớp hệ số phản xạ thấp hiệu pin cao Lớp thứ hai lớp đệm CdS với độ dày khoảng (50 nm) Phần lớn photon có bước sóng ngắn bị hấp thụ lớp Lớp thứ ba lớp hấp thụ CIGS dày khoảng 1000 nm – 3000 nm, hệ số hấp thụ lớn khoảng 105cm-1 Phần lớn ánh sáng chiếu tới bị hấp thụ lớp Lớp dẫn điện đế Al Cuối cùng, lớp đế Mo 1.3.2 Các đặc trưng hiệu hoạt động PMT màng mỏng CIGS Bốn thông số đặc trưng đầu hiệu hoạt động PMT: Thế hở mạch, mật độ dòng đoản mạch, hệ số lấp đầy hiệu suất chuyển đổi lượng Bảng 1: Các thông số đặc trưng đầu chương trình mô Thông số Ký hiệu Đơn vị Xác định Thế hở mạch Voc V J=0 Mật độ dòng đoản mạch JSC mA/cm2 V=0 Thế cực đại VMax V V (JV)Max Mật độ dòng cực đại JMax mA/cm2 J (TV)Max Hệ số lấp đầy ff % (JV)Max/(VOC.JSC) Hiệu suất η % (JV)Max/Pinc Giá trị điện mật độ dòng không gọi hở mạch, kí hiệu VOC Giá trị mật độ dòng mà điện không gọi mật độ dòng đoản mạch, kí hiệu JSC Tại vài điểm đường đặc trưng V-I giá trị điện mật độ dòng đạt giá trị cực đại tương ứng Vmax, Jmax Phần diện tích có giá trị (JV)max gọi công suất cực đại Pmax Hình 3: Đường đặc trưng V – I CHƯƠNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG Chương trình mô khảo sát ảnh hưởng cấu tạo tính chất vật liệu cấu trúc bán dẫn đa lớp Nội dung chương trình giải phương trình Poisson hai phương trình liên tục với điều kiện biên thích hợp 2.1 Phương trình Poisson Trong không gian chiều, phương trình Poisson mô tả phân bố điện tích, điện thế, vùng lượng cho phương trình sau: [ d dΨ (ε ( x) ) = q p( x) − n( x) + N D+ ( x) − N A− ( x) + pt ( x) − nt ( x) dx dx ] (2.1) Trong đó: Ψ: Thế tĩnh điện n: Nồng độ điện tử tự p: Nồng độ lỗ trống tự nt: Nồng độ điện tử bị bắt pt: Nồng độ lỗ trống bị bắt ND: Nồng độ donor NA: Nồng độ acceptor ε: Hằng số điện môi q: Điện tích điện tử 2.1.1 Nồng độ điện tử tự nồng độ lỗ trống tự Số điện tử tự nằm khoảng dE từ E đến (E+dE) đơn vị thể tích là: dn = 2.N ( E ) f ( E ).d ( E ) Với N(E) mật độ trạng thái xác định biểu thức sau: (2.2) N (E ) = dτk 8π dE (2.3) f0(E) hàm phân bố Fermi – Dirac: f0 ( E, T ) =  e   − 1÷  E − EF KT (2.4) Nồng độ điện tử nằm vùng dẫn là: n= Emax ∫ dn = Emax EC ∫ N ( E ) f o ( E ).dE (2.5) EC Vì hàm Fermi – Dirac giảm nhanh lượng lớn thay ∞ n = ∫ N ( E ) f o ( E ).dE Emax : EC (2.6) Trong trạng thái cân nhiệt động, nồng độ điện tử vùng dẫn là: n = N C γ n exp( EF − EC ) KT (2.7) Đối với nồng độ lỗ trống tự vùng hoá trị xác định tương tự là: p = NV F1 exp( EV − EF ) KT (2.8) Đối với vật liệu kết tinh NC NV xác định biểu thức sau: 2πmn* KT 32 N C = 2( ) h2 NV = 2( 2πm*p KT h2 ) (2.9) (2.10) Phương trình (2.7) (2.8) sử dụng mô hình trường hợp cân nhiệt động Trong trường hợp suy biến biểu thức nồng độ điện tử tự lỗ trống tự là: n = N C γ n exp( EF − EC ) KT (2.11) p = NV γ p exp( EV − EF ) KT (2.12) Hệ số suy biến xác định là: EF − EC ) KT γn = E − EC exp( F ) KT F1 ( (2.13) Và hệ số suy biến với nồng độ lỗ trống tự là: EV − EF ) KT γp = E − EF exp( V ) KT F1 ( (2.14) Khi thiết bị lệch khỏi trạng thái cân nhiệt động tác động hiệu dịch, chiếu sáng hai yếu tố giá trị nồng độ điện tử tự lỗ trống tự tính theo biểu thức (2.11) (2.12) Chỉ khác chỗ thay mức Fermi mức Fermi lượng tử 2.1.2 Nồng độ trạng thái (ND+, NA-, pt, nt) Chúng ta tìm hiểu giá trị n p phương trình Poisson Chúng ta tìm hiểu thêm đại lượng khác phương trình Poisson với góp thêm phát triển điện tích 2.1.2.1 Nồng độ Donor nồng độ Acceptor (ND+, NA) Các mức tạp mô hình hình thành tập hợp mức rời rạc, tạo nên dải với độ rộng định Trong trường hợp pha tạp tổng điện tích tăng lên trạng xác định biểu thức sau: Nồng độ donor: + + N D+ = N dD + N bD (2.15) − − N A− = N dA + N bA (2.16) Nồng độ acceptor: Trong đó: + N dD : Là tổng nồng độ điện tích mức donor rời rạc − N dA : Là tổng nồng độ điện tích mức acceptor rời rạc + N bD : Là tổng nồng độ điện tích phát sinh mức donor liên tục − N bA : Là tổng nồng độ điện tích phát sinh từ mức acceptor 2.1.2.2 Mức pha tạp rời rạc ( N dD ,i N dA, j , ) Hình 4: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc mức lượng pha tạp rời rạc vào mật độ trạng thái Điện tích sinh từ trạng thái donor acceptor rời rạc thứ i thứ j là: + N dD = ∑ N dD ,i f D ,i (2.17) i − N dA = ∑ N dA,i f A,i (2.18) i Trong trạng thái cân nhiệt động hàm xác suất fD,i fA,j đặc trưng hàm Fermi: f D ,i = Và f A, j = E − Ei + exp( F ) KT + exp( E j − EF KT ) (2.19) (2.20) Nồng độ điện tử tự nồng độ lỗ trống tự là: nk ( Ek ) = N C exp( Ek − EC ) KT (2.21) pk ( Ek ) = NV exp( EV − Ek ) KT (2.22) Trong trạng thái suy biến nồng độ điện tử tự xác định theo hệ số suy biến là: p = NV γ pi exp( EV − Ei ) KT (2.23) Nồng độ lỗ trống tự : n = N C γ ni exp( 10 Ei − EC ) KT (2.24) thái trống vùng hoá trị Bán dẫn ta xét bán dẫn có vùng cấm thẳng nên trình tái hợp không đòi hỏi tham gia phonon Xét trường hợp tái hợp vùng – vùng (tái hợp trực tiếp điện tử lỗ trống), tốc độ tái hợp tổng cộng tỷ lệ với số điện tử nằm vùng dẫn số lỗ trống nằm vùng hoá trị: R = β n p = β (n0 + δ n )( p0 + δ p ) (2.40) Ở trạng thái cân bằng, trình tái hợp cân với trình nhiệt phát sinh, tốc độ tái hợp trường hợp có dạng: Rth = β n0 po = Gth (2.41) Trong đó: Rth: Là tốc độ tái hợp cân Gth: Tốc độ nhiệt phát sinh cân Nếu bỏ qua tốc độ tái hợp tổng cộng (R) tốc độ phát sinh nhiệt cân tốc độ tái hợp trường hợp là: RD ( x) = R − Gth = R − Rth = β (n0 δ p + p0δ n + δ pδ n ) Ở : n0: nồng độ điện tử tự trạng thái cân nhiệt động p0: nồng độ lỗ trống tự trạng thái cân nhiệt động 13 (2.42) CHƯƠNG CÁC THÔNG SỐ ĐẦU VÀO CỦA CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG MỘT CHIỀU AMPS – 1D Những thông số chọn để đưa vào chương trình thông số Qua đưa thông số phù hợp để định hướng cho công nghệ chế tạo pin mặt trời thực nghiệm 3.1 Các tham số Để bắt đầu chương trình mô cần ba thông số quan trọng là: • Tính chất lớp tiếp xúc • Điều kiện môi trường • Lưới chia cho số liệu tính toán, hiệu dịch để sinh dòng J-V QE 3.1.1 Điều kiện môi trường Yếu tố để chương trình bắt đầu điều kiện môi trường hoạt động thiết bị Hầu hết, mặt trời tạo lượng bước sóng từ 2x10 -7m tới 4x10-6 m Mỗi bước sóng tương ứng với tần suất lương: bước sóng ngắn, tần suất cao lượng lớn (thể eV) PMT tương tác khác bước sóng, ánh sáng màu sắc khác Tuy nhiên, lượng phần quang phổ hồng ngoại phóng xạ bước sóng dài, thấp để tạo dòng điện Phóng xạ lượng cao tạo dòng điện.Tuy nhiên, hầu hết lượng sử dụng Tóm lại, ánh sáng cao thấp PMT không sử dụng để tạo lượng điện Trong chương trình mô này,ta sử dụng phổ chiếu sáng rời rạc AM1.5 hình vẽ Phổ chiếu sáng với bước sóng xét khoảng 0,38 μm đến 1,24 μm với bước nhảy khoảng 0,02 μm Do đặc điểm pin mặt trời hệ 14 với lớp hấp thụ CIGS hiệu đạt giá trị tốt khoảng bước sóng Chúng ta tính toán phổ chiếu sáng rời rạc thông qua phổ chiếu sáng chuẩn IAM1.5G: I dis (λi ) = λi + 0,01 ∫ I AM 1.5 (λ )d λ (3.1) λi − 0,01 Trong đó: IAM1.5 ( λ ) với đơn vị [số photon]/[diện tích] [thời gian] Hình 6: Phổ chiếu sáng chuẩn AM 1.5G Về nhiệt độ: Sử dụng đại lượng không đổi 300 K 3.1.2 Cấu trúc mô hình Chương trình mô : Mật độ trạng thái thời gian sống a Mật độ trạng thái (DOS) Mô hình mật độ trạng thái cần thiết để giải với vật liệu có tồn trạng thái sai hỏng vật liệu silicon vô định hình sai hỏng mặt biên hạt vật liệu đa tinh thể Mặt khác mật độ trạng thái cho phép xác định phân bố lượng, thiết diện bắt điện tử lỗ trống Dựa thông tin tính toán đại lượng quan trọng sử dụng phương trình Poisson 15 b Thời gian sống Chương trình khảo sát thời gian sống điện tử tự lỗ trống tự Trong trạng thái cân nhiệt động, có chiếu sáng, thời gian sống điện tử tự lỗ trống tự xác định là: Đối với bán dẫn loại p: Rn = ∆n τn (3.2) Đối với bán dẫn loại n: Rp = ∆p τp (3.3) Trong trạng thái sai hỏng, trạng thái bị bắt lỗ trống, điện tử thời gian sống điện tử lỗ trống đặc trưng bằng: R = Rn = R p = ( n p − n0 p0 ) τ p0 (n + nt ) + τ n0 ( p + pt ) (3.4) Xét trường hợp mô hình kết hợp vùng – vùng tranh thời gian sống đưa ra: R = Rn = R p = k (n p − n0 p0 ) (3.5) 3.2 Tính chất chung 3.2.1 Điều kiện ban đầu, hệ số phản xạ mặt trước sau Các điều kiện biên a PHIBO = Φb0 = EC – EF x = (eV) b PHIBL = ΦbL = EC – EF x = L (eV) Lớp tiếp xúc trước sau xác định tính chất vật liệu chúng hệ số phản xạ bề mặt chất bán dẫn: Φ b0 = eV vùng dẫn mức Fecmi E F 16 x = µm (trước) ΦbL = 0,9 eV vùng dẫn 0,9 eV E F x = L (sau) Những thông số tạo thành vùng tiếp xúc trở phía trước hàng rào Schottky không đáng kể phía sau Tại RF = RF = hệ số phản xạ x = (mặt trước) Tại RB = RB = hệ số phản xạ x = L (mặt sau) 3.2.2 Hệ số phản xạ Hệ số phản xạ mặt trước trực tiếp định đến mật độ dòng hiệu hoạt động pin Do đặc điểm tính chất vật liệu nên ta chế tạo vật liệu có hệ số phản xạ nhỏ không Qua tài liệu nghiên cứu thực nghiệm, ta thấy hệ số phản xạ khoảng 0,07 ÷ 0,1 phù hợp Khi nghiên cứu kết thực nghiệm sử dụng chương trình mô phỏng, hệ số phản xạ mặt sau không ảnh hưởng đáng kể đến hiệu hoạt động pin 3.2.3 Sự tái hợp bề mặt Tái hợp bề mặt dạng tái hợp xảy bề mặt Do gián đoạn tính tuần hoàn tinh thể, khuyết tật mạng, nguyên tử lạ, không bão hoà hoá trị nguyên tử.Trong chương trình, sử dụng tốc độ tái hợp mặt 107 cm/s, tương ứng gần chuyển động nhiệt điện tử Đối với trường hợp đặc biệt: a SNO= SND = điện tử bề mặt x = (cm/s) b SPO = SPD = lỗ trống bề mặt x = (cm/s) c SPL = SNL= điện tử bề mặt x = L (cm/s) d SPL = SPL = lỗ trống bề mặt x =L (cm/s) 17 3.3 Tính chất lớp Từ tài liệu lý thuyết thực nghiêm, ta có bảng giá trị tính chất lớp sau: Bảng 2: Tính chất lớp pin mặt trời với lớp hấp thụ CIGS Các lớp ZnO CdS CIGS Độ dày 80 nm 50 nm 1000 nm – 3000 nm Hằng số điện môi 9,0 10 13,6 100 cm2/Vs 100 cm2/Vs 100 cm2/Vs lỗ trống 25 cm2/Vs 25 cm2/Vs 25 cm2/Vs Nồng độ hạt tải ND = 1018 cm-3 ND = 1017 cm-3 NA = 101 cm-3 Độ rộng vùng cấm 3,3 eV 2,4 eV eV – 1,7 eV 2,22 x 1018 cm-3 2,22 x 1018 cm-3 2,22 x 1018 cm-3 hiệu dụng NV 1,78 x 10-19 cm-3 1,78 x 10-19 cm-3 1,78 x 10-19 cm-3 Ái lực hoá học 4,0 eV 3,8 eV 3,8 – 4,1 eV Độ linh động điện tử Độ linh động Mật độ trạng thái hiệu dụng NC Mật độ trạng thái 3.3.1 Tốc độ hạt tải mối liên hệ với mật độ trạng thái Với vật liệu đơn tinh thể CIGS tốc độ điện tử là: µe = 300 cm vs lỗ cm trống tốc độ: µh = 30 vs µe • Tỷ số tốc độ µ tương tự tỷ số (mh*/me*) với me* = 0,2 m0; mh*=0,8 m0 h 18 • Mật độ trạng thái vùng dẫn mật độ trạng thái vùng hoá trị tính theo công thức: N C = 2( 2π me* KT 32 ) h2 NV = 2( Như tỷ số tốc độ (3.6) 2π mh* KT 32 ) h2 (3.7) µe tương đương với tỷ số mật độ trạng thái NC/NV µh 3.3.2 Hệ số hấp thụ Hệ số hấp thụ xác định xác suất hấp thụ photon, phụ thuộc vào xác suất chuyển mức điện tử vùng cho phép, số trạng thái điền đầy vùng hoá trị số trạng thái trống vùng dẫn Những yếu tố phụ thuộc nhiều vào vật liệu Như vậy, vật liệu khác có phổ hấp thụ khác Ta có phổ hấp thụ lớp PMT hệ hình Hình 9: Phổ hấp thụ lớp pin mặt trời hệ 19 3.4 Các trạng thái sai hỏng Mô hình tái hợp Shockley-Read-Hall, mô hình tái hợp tìm vào năm 1952 Sau đây, thảo luận đại lượng trạng thái acceptor trạng thái sai hỏng donor Hình vẽ đây: Hình 10: Các trạng thái chuyển tiếp cặp điện tử lỗ trống a: Trạng thái sai hỏng acceptor trung hoà 1: Giữ điện tử từ vùng dẫn 2: Phát lỗ trống từ vùng hoá trị b: Trạng thái sai hỏng acceptor ion hoá 3: Giữ lỗ trống từ vùng hoá trị 4: Phát điện tử từ vùng dẫn 20 CHƯƠNG Kết Kết luận 4.1Ảnh hưởng độ dầy lớp hấp thụ CIGS Khi nghiên cứu ảnh hưởng độ dày lớp hấp thụ CIGS lên đại lượng đặc trưng cho hiệu hoạt động pin mặt trời màng mỏng, độ dầy lớp hấp thụ nằm khoảng từ 1000 nm – 11000 nm Bảng : Kết mô đặc trưng hiệu hoạt động pin theo độ dầy lớp hấp thụ CIGS (nm) JSC (A/cm2) η (%) ff VOC (V) 1000 30.119 15.925 0.824 0.641 2000 30.191 16.623 0.831 0.663 3000 30.188 16.921 0.831 0.674 4000 30.188 17.089 0.830 0.682 5000 30.187 17.189 0.828 0.688 6000 30.199 17.256 0.825 0.693 7000 30.192 17.286 0.822 0.697 8000 30.188 17.3 0.819 0.7 9000 30.187 17.305 0.816 0.703 10000 30.187 17.305 0.813 0.706 11000 30.184 17.303 0.81 0.708 Kết mô biểu diễn hình vẽ Hình 20: Sự phụ thuộc mật độ dòng đoản mạch theo độ dầy lớp hấp thụ CIGS 21 Các đại lượng đặc trưng mật độ dòng đoản mạch tăng dần theo bề dày lớp hấp thụ đến khoảng giá trị định bề dày lớp hấp thụ đặc trưng đạt trạng thái bão hoà Hình 21: Sự phụ thuộc hở mạch theo độ dầy lớp hấp thụ CIGS Ta thấy đặc trưng hở mạch Giá trị hở mạch tăng dần ta tăng bề dầy lớp hấp thụ Hình 22: Sự phụ thuộc hiệu suất chuyển đổi lượng với độ dầy lớp hấp thụ CIGS Tương tự ta thấy ta thay đổi độ dày lớp hấp thụ từ 1000nm đến 5000nm giá trị hiệu suất tăng từ 16% đến 17,2% Khi độ dày lớp hấp thụ 22 thay đổi từ 6000nm đến 11000nm hiệu suất đạt giá trị bão hoà 17,3% Hình 23: Sự phụ thuộc hệ số lấp đầyvới độ dầy lớp hấp thụ CIGS Như đặc trưng đầu thay đổi khác ta thay đổi bề dày lớp hấp thụ Ở ta thấy độ dày phù hợp khoảng 2000nm đến 3000nm Vì vừa đảm bảo phù hợp ba đặc trưng lại đặc biệt ta tăng độ dầy lớp hấp thụ lên vừa tốn nguyên vật liệu mà hiệu suất chuyển đổi lượng không thay đổi đáng kể Mặt khác, ta tăng độ dày lớp hấp thụ lớn trình tái hợp lại tăng nhanh trình tạo cặp lên làm giảm hệ số lấp đầy Vậy, độ dày lớp hấp thụ phù hợp khoảng từ 2000 nm đến 3000 nm 4.2Ảnh hưởng hệ số phản xạ mặt trước Trên thực tế, hệ số phản xạ mặt trước không nhỏ không tính chất phản xạ bề mặt vật liệu Vì vậy, mục nghiên cứu ảnh hưởng hệ số phản xạ mặt trước đến đặc trưng đầu chạy chương trình mô có phù hợp với lý thuyết không? Từ đó, ta chọn giá trị phù hợp để định hướng cho công nghệ chế tạo Với thay đổi hệ số phản xạ mặt trước khoảng 0.01 ÷ 0.2 với bước nhảy 0.01 Các thông số khác độ rộng vùng cấm, độ dày lớp, vv giá trị phù hợp lấy từ tài liệu lý thuyết tài liệu thực nghiệm nghiên cứu Khi chạy chương trình mô AMPS, ta thu giá trị đặc trưng đầu bảng 23 Bảng Bảng giá trị đặc trưng đầu hiệu hoạt động pin mặt trời hệ thay đổi hệ số phản xạ mặt trước Thay đổi hệ Hiệu suất Hệ số lấp đầy Thế hở mạch Mật độ dòng số phản xạ (η) (ff) (VOC) đoản mạch 0,6760 0,6755 0,6750 0,6749 0,6746 0,6743 0,6740 0,6738 0,6734 0,6730 0,6729 0,6726 0,6723 0,6720 0,6715 0,6710 (JSC) 32,30 31,976 31,651 31,326 31,001 30,676 30,352 30,027 29,702 29,377 29,052 28,727 28,402 28,077 27,751 27,101 mặt trước 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10 0,12 0,13 0,14 0,15 0,17 0,20 18,176 17,984 17,792 17,599 17,407 17,215 17,023 16,831 16,639 16,447 16,256 16,064 15,872 15,681 15,489 15,107 0,8320 0,8318 0,8316 0,8315 0,8314 0,8313 0,8312 0,8311 0,8310 0,8309 0,8308 0,8307 0,8306 0,8305 0,8304 0,8303 Hình 12: Sự phụ thuộc hiệu suất vào hệ số phản xạ mặt trước Hiệu suất chuyển đổi lượng giảm dần từ 18,176% xuống 15,107 % tăng dần hệ số phản xạ mặt trước 24 Hình 13: Sự phụ thuộc mật độ dòng đoản mạch vào hệ số phản xạ mặt trước Các đặc trưng đầu khác có giảm giảm chậm gần không thay đổi nhiều Hệ số lấp đầy giảm từ 0,832 xuống 0,830 Tương tự, hở mạch giảm chậm từ 0,676 V xuống 0,671 V Hình 14: Sự phụ thuộc hở mạch vào hệ số phản xạ mặt trước Hình 15: Sự phụ thuộc hệ số lấp đầy vào hệ số phản xạ mặt trước Kết thu phù hợp với lý thuyết Khi hệ số phản xạ mặt trước nhỏ khả khả hấp thụ lượng ánh sáng từ pin mặt trời giảm Mặt khác hiệu suất chuyển đổi lượng tỷ số công suất chuyển đổi với công suất chiếu sáng nhận từ mặt trời Bên cạnh đó, mật độ dòng giảm nhanh 25 Như vậy, để nâng cao hiệu suất chuyển đổi lượng vấn đề quan trọng phải giảm hệ số phản xạ mặt trước Một số biện pháp để giảm hệ số mặt trước như: - Chọn vật liệu có hệ số phản xạ thấp, suốt - Chế tạo bề mặt phẳng nhẵn, mặt trước phải có độ dày phù hợp để xảy tượng giao thoa mỏng - Việc tạo lớp chống phản xạ cần thiết Trên thực tế, chọn vật liệu làm lớp chống phản xạ MgF2 5.Kết luận • Chương trình công cụ hữu hiệu để khảo sát ảnh hưởng cấu tạo pin tính chất vật liệu lên hiệu hoạt động pin Kết mô thông tin hữu ích để định hướng cho công nghệ chế tạo • Do ảnh hưởng lớn hệ số phản xạ mặt trước lên hiệu hoạt động pin nên việc tạo lớp chống phản xạ cần thiết • Sự thay đổi lượng tiếp xúc để hiệu chuyển đổi lượng pin cao 0,3 eV Để thay đổi giá trị người ta thường đưa thêm lớp đệm • Độ dày tối ưu lớp hấp thụ: 2000 nm – 3000 nm • Độ rộng vùng cấm tối ưu lớp hấp thụ CIGS 1,35 eV tương ứng với tỉ lệ nồng độ In/Ga 70/30 • Hiệu hoạt động pin với cấu hình tối ưu là: η = 17,6 %; JSC= 30,19 mA/cm2; VOC = 0,67 V ; ff = 0,831 26 TÀI LIỆU THAM KHẢO Phùng Hồ, Phan Quốc Phô, (2008) Giáo trình Vật liệu bán dẫn, Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật Walberer, (9/2008), giám đốc điều hành Solar world Châu Á, Công nghiệp PV phát triển ngành lượng mặt trời giới, Báo cáo Hội thảo quốc tế về: “ Điện mặt trời công nghiệp từ sản xuất chế tạo đến khai thác hiệu quả”, thành phố Hồ Chí Minh C Eberspacher, K Pauls, and J Serra, (05/2002), “Non-Vacuum Processing of CIGS Solar Cells,” Proc 29thIEEE PV Spec, New Orleans, Conf 684 Tham khảo internet 27 [...]... của thế hở mạch vào hệ số phản xạ mặt trước Hình 15: Sự phụ thuộc của hệ số lấp đầy vào hệ số phản xạ mặt trước Kết quả thu được phù hợp với lý thuyết Khi hệ số phản xạ mặt trước càng nhỏ thì khả khả năng hấp thụ năng lượng ánh sáng từ pin mặt trời giảm Mặt khác hiệu suất chuyển đổi năng lượng là tỷ số giữa công suất chuyển đổi với công suất chiếu sáng nhận được từ mặt trời Bên cạnh đó, mật độ dòng cũng... đặc biệt: a SNO= SND = các điện tử ở bề mặt x = 0 (cm/s) b SPO = SPD = các lỗ trống ở bề mặt x = 0 (cm/s) c SPL = SNL= các điện tử ở bề mặt x = L (cm/s) d SPL = SPL = các lỗ trống bề mặt x =L (cm/s) 17 3.3 Tính chất của các lớp Từ các tài liệu lý thuyết và thực nghiêm, ta có bảng giá trị của tính chất các lớp như sau: Bảng 2: Tính chất của các lớp trong pin mặt trời với lớp hấp thụ CIGS Các lớp ZnO CdS... dụng chương trình mô phỏng, hệ số phản xạ mặt sau không ảnh hưởng đáng kể đến hiệu năng hoạt động của pin 3.2.3 Sự tái hợp bề mặt Tái hợp bề mặt là dạng tái hợp xảy ra trên bề mặt Do sự gián đoạn tính tuần hoàn của tinh thể, do các khuyết tật mạng, các nguyên tử lạ, sự không bão hoà hoá trị của các nguyên tử.Trong chương trình, chúng ta sử dụng tốc độ tái hợp mặt là 107 cm/s, tương ứng gần bằng chuyển... động của pin mặt trời thế hệ mới khi thay đổi hệ số phản xạ mặt trước Thay đổi hệ Hiệu suất Hệ số lấp đầy Thế hở mạch Mật độ dòng số phản xạ (η) (ff) (VOC) đoản mạch 0,6760 0,6755 0,6750 0,6749 0,6746 0,6743 0,6740 0,6738 0,6734 0,6730 0,6729 0,6726 0,6723 0,6720 0,6715 0,6710 (JSC) 32,30 31,976 31,651 31,326 31,001 30,676 30,352 30,027 29,702 29,377 29,052 28,727 28,402 28,077 27,751 27,101 mặt trước... chế tạo pin mặt trời thực nghiệm 3.1 Các tham số cơ bản Để bắt đầu chương trình mô phỏng thì cần ba thông số quan trọng là: • Tính chất của các lớp tiếp xúc • Điều kiện của môi trường • Lưới chia cho các số liệu tính toán, thế hiệu dịch để sinh ra dòng J-V và QE 3.1.1 Điều kiện môi trường Yếu tố đầu tiên để chương trình có thể bắt đầu là điều kiện môi trường hoạt động của thiết bị Hầu hết, mặt trời tạo... phản xạ mặt trước Một số biện pháp để giảm hệ số mặt trước như: - Chọn vật liệu có hệ số phản xạ thấp, trong suốt - Chế tạo bề mặt phẳng nhẵn, mặt trước phải có độ dày phù hợp để xảy ra hiện tượng giao thoa bản mỏng - Việc tạo lớp chống phản xạ là rất cần thiết Trên thực tế, chọn vật liệu làm lớp chống phản xạ là MgF2 5.Kết luận • Chương trình là công cụ hữu hiệu để khảo sát ảnh hưởng cấu tạo của pin. .. vùng tiếp xúc thuần trở ở phía trước và hàng rào Schottky không đáng kể ở phía sau Tại RF = RF = hệ số phản xạ ở x = 0 (mặt trước) Tại RB = RB = hệ số phản xạ ở x = L (mặt sau) 3.2.2 Hệ số phản xạ Hệ số phản xạ mặt trước trực tiếp quyết định đến mật độ dòng và hiệu năng hoạt động của pin Do đặc điểm tính chất của vật liệu nên ta không thể chế tạo vật liệu có hệ số phản xạ rất nhỏ hoặc bằng không Qua... lớp hấp thụ CIGS Khi nghiên cứu ảnh hưởng của độ dày lớp hấp thụ CIGS lên các đại lượng đặc trưng cho hiệu năng hoạt động của pin mặt trời màng mỏng, độ dầy của lớp hấp thụ nằm trong khoảng từ 1000 nm – 11000 nm Bảng 6 : Kết quả mô phỏng các đặc trưng về hiệu năng hoạt động của pin theo độ dầy lớp hấp thụ CIGS (nm) JSC (A/cm2) η (%) ff VOC (V) 1000 30.119 15.925 0.824 0.641 2000 30.191 16.623 0.831 0.663... lượng cũng không thay đổi đáng kể Mặt khác, khi ta tăng độ dày lớp hấp thụ quá lớn thì quá trình tái hợp lại tăng nhanh hơn quá trình tạo cặp lên làm giảm hệ số lấp đầy Vậy, độ dày lớp hấp thụ phù hợp là khoảng từ 2000 nm đến 3000 nm 4.2Ảnh hưởng của hệ số phản xạ mặt trước Trên thực tế, hệ số phản xạ mặt trước không quá nhỏ hoặc bằng không do tính chất phản xạ bề mặt của vật liệu Vì vậy, mục này sẽ... của pin và tính chất vật liệu lên hiệu năng hoạt động của pin Kết quả mô phỏng là thông tin hữu ích để định hướng cho công nghệ chế tạo • Do ảnh hưởng rất lớn của hệ số phản xạ mặt trước lên hiệu năng hoạt động của một pin nên việc tạo lớp chống phản xạ là rất cần thiết • Sự thay đổi năng lượng tiếp xúc để hiệu năng chuyển đổi năng lượng của pin cao nhất là 0,3 eV Để thay đổi được các giá trị này người ... xạ mặt trước Hình 15: Sự phụ thuộc hệ số lấp đầy vào hệ số phản xạ mặt trước Kết thu phù hợp với lý thuyết Khi hệ số phản xạ mặt trước nhỏ khả khả hấp thụ lượng ánh sáng từ pin mặt trời giảm Mặt. .. dụng chương trình mô phỏng, hệ số phản xạ mặt sau không ảnh hưởng đáng kể đến hiệu hoạt động pin 3.2.3 Sự tái hợp bề mặt Tái hợp bề mặt dạng tái hợp xảy bề mặt Do gián đoạn tính tuần hoàn tinh thể,... dụng công nghệ lắng đọng Cấu trúc pin mô tả hình vẽ đây: Hình 2: Cấu trúc pin mặt trời với lớp hấp thụ CIGS Lớp lớp dẫn điện suốt ZnO, lớp hệ số phản xạ thấp hiệu pin cao Lớp thứ hai lớp đệm CdS