Nghiên cứu chế tạo màng mỏng nano CSS cu2sns3 sử dụng cho pin mặt trời đa lớp để phát triển năng lượng sạch

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRẦN VĂN BÌNH NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÀNG MỎNG NANO CSS SỬ DỤNG CHO PIN MẶT TRỜI ĐA LỚP ĐỂ PHÁT TRIỂN NĂNG LƯỢNG SẠCH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN : TS NGUYỄN TUYẾT NGA HÀ NỘI – 2010 Luận văn Thạc sĩ khoa học Lêi cảm ơn Tác giả xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Tuyết Nga, ngời đà dành nhiều thời gian quý báu để hớng dẫn, giúp đỡ tác giả thực luận văn Tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới GS.TS Võ Thạch Sơn đà tạo điều kiện để tác giả hoàn thành phần thực nghiệm luận văn Tác giả xin trân trọng cảm ơn thầy, cô Viện Vật lý kỹ thuật, Trờng đại học Bách khoa Hà Nội đà tạo điều kiện giúp đỡ tác giả trình học tập thực luận văn Trân trọng cảm ơn anh, chị bạn phòng Thí nghiệm Phân tích ®o l−êng vËt lý, ViÖn VËt lý – kü thuËt đà giũp đỡ tác giả hoàn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn gia đình bạn bè đà nguồn động viên, giúp đỡ tác giả suốt trình học tập thực luận văn Hà Nội, tháng 11 năm 2010 Trần Văn Bình Vật lý kỹ thuật Luận văn Thạc sĩ khoa học MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ TỰ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU PHẦN I TỔNG QUAN TÀI LIỆU 10 I.1 Vật liệu CSS 10 I.1.1 Thành phần, cấu trúc CSS 10 I.1.2 Tính chất quang vật liệu CSS 11 I.1.3 Tính chất điện vật liệu CSS 13 I.2.Các phương pháp chế tạo màng mỏng 13 I.2.1 Phương pháp sol-gel 14 I.2.2 Phương pháp bay nhiệt 14 I.2.3 Phương pháp phún xạ 16 I.2.4 Phương pháp phun nhiệt phân 17 I.3 Các phương pháp khảo sát tính chất màng mỏng 20 I.3.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X 20 I.3.2 Phương pháp phổ tán sắc lượng tia X (EDAX) 22 I.3.3 Phương pháp hiển vi điện tử quét 24 I.3.4 Phương pháp đo phổ truyền qua 26 I.3.5 Phương pháp phổ trở kháng phức 27 I.3.6 Phương pháp Van der Pauw 31 PHẦN II QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO MÀNG Cu2SnS3 35 II.1 Tiền chất 35 II.2 Hỗn hợp dung dịch phun 37 II.3 Đế 38 II.4 Quy trình cơng nghệ 39 PHẦN III KHẢO SÁT MỘT SỐ THƠNG SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TÍNH CHẤT CỦA MÀNG Cu2SnS3 40 Vật lý kỹ thuật Luận văn Thạc sĩ khoa học III.1 Tỉ lệ thành phần nguyên tố Cu 40 III.2 Sự thay đổi chiều dày 45 III.3 Chế độ phun 48 PHẦN IV KHẢO SÁT MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA MÀNG Cu2SnS3 53 IV.1 Cấu trúc, thành phần pha 53 IV.2 Hình thái học bề mặt, chiều dày 55 IV.3 Tính chất điện màng Cu2SnS3 57 IV.4 Tính chất quang màng Cu2SnS3 60 KẾT LUẬN 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 Vật lý kỹ thuật Luận văn Thạc sĩ khoa học DANH MỤC CÁC KÝ TỰ VIẾT TẮT CIS : Complex Impendance Spectroscopy - Phổ trở kháng phức SEM : Scanning Electron Microscopy - Hiển vi điện tử quét XRD : X-Ray Diffraction - Nhiễu xạ tia X UV-VIS : Ultraviolet-Visible Spectroscopy - Phổ tử ngoại khả kiến EDAX : Energy-Dispersive X-Ray Spectroscopy - Phổ tán sắc lượng tia X Vật lý kỹ thuật Luận văn Thạc sĩ khoa học DANH MỤC CÁC BẢNG Số 10 Trang Ký hiệu bảng TT Bảng II.1 Thời gian xuất kết tủa tiền chất dung môi Bảng II.2 Thời gian xuất kết tủa dung dịch phun màng P Bảng III.1 Thành phần % nguyên tử nguyên tố màng CSS thay đổi tỉ lệ Cu 37 42 43 Bảng III.2 Độ dẫn màng tỉ lệ Cu khác Bảng III.3 Độ dẫn màng CSS với số lớp phun khác Bảng III.4 Thành phần % nguyên tử nguyên tố màng Cu2SnS3 với chế độ phun liên tục chế độ phun nhiều lần Bảng III.5 Độ dẫn điện màng chế độ phun liên tục chế độ phun nhiều lần Bảng IV.1 Thành phần % nguyên tử nguyên tố màng Cu2SnS3 Bảng IV.2 Một số đại lượng đặc trưng màng Cu2SnS3 thu từ phép đo Hall Bảng IV.3 Giá trị thông số thu từ q trình mơ 36 48 51 52 55 57 59 Vật lý kỹ thuật Luận văn Thạc sĩ khoa học DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Số Ký hiệu hình vẽ TT Trang Hình I Phổ lượng mặt trời 11 Hình I.2 Phổ hấp thụ màng CSS 12 Hình I.3 Sơ đồ nguyên lý phương pháp bay nhiệt 15 Hình I.4 Sơ đồ nguyên lý trình phún xạ nguyên lý hệ phún xạ 16 Hình I.5 Sơ đồ nguyên lý hệ phun nhiệt phân 17 Hình I.6 Nhiễu xạ tia X tinh thể 21 Hình I.7 Sơ đồ phương pháp nhiễu xạ tia X 22 Hình I.8 Sơ đồ hệ thống EDAX 22 10 Hình I.9 Các tín hiệu điện tử sóng điện từ phát xạ từ mẫu tán xạ đàn hồi Hình I.10 Sơ đồ kính hiển vi điện tử quét (SEM) (a) đường tia điện tử SEM (b) 25 25 11 Hình I.11 Sơ đồ hệ đo phổ truyền qua 27 12 Hình I.12 Vecter Fresnel mặt phẳng phức 28 13 Hình I.13 Mạch điện tương đương chất điện mơi phổ tương ứng 29 14 Hình I.14 Giải thích hiệu ứng Hall vật liệu bán dẫn 32 15 Hình I.15 Đo hiệu điện Hall hai điểm tiếp xúc 33 16 Hình II.1 Sơ đồ khối quy trình cơng nghệ tạo màng CSS 35 17 Hình II.2 Sơ đồ quy trình tạo hỗn hợp dung dịch phun 38 18 Hình II.3 Sơ đồ quy trình cơng nghệ chế tạo màng mỏng 39 Vật lý kỹ thuật Luận văn Thạc sĩ khoa học 19 20 21 22 23 24 25 26 27 Hình III.1 Phổ XRD màng hình thành với tỉ lệ Cu khác Hình III.2 Phổ trở kháng phức màng với tỉ lệ Cu thay đổi Hình III.3 Phổ hấp thụ màng chế tạo theo tỉ lệ Cu khác Hình III.4 Ảnh chiều dày màng CSS với số lớp phun khác Hình III.5 Phổ hấp thụ màng số lớp phun khác Hình III.6 Phổ trở kháng phức màng với số lớp phun khác Hình III.7 Chiều dày màng Cu2SnS3: (a) phun liên tục (b) phun nhiều lần Hình III.8 Phổ XRD màng Cu2SnS3 với số chế độ phun khác Hình III.9 Ảnh SEM màng Cu2SnS3 với chế độ phun khác 41 43 44 45 46 47 49 50 51 28 Hình IV.1 Phổ XRD màng Cu2SnS3 54 29 Hình IV.2 Phổ EDXA màng Cu2SnS3 55 30 Hình IV.3 Hình thái học bề mặt màng Cu2SnS3 56 31 Hình IV.4 Chiều dày màng Cu2SnS3 56 32 Hình IV.5 Phổ CIS màng Cu2SnS3 58 33 Hình IV.6 Sơ đồ mạch điện tương đương (a) Đường cong thực nghiệm mô hệ vật liệu (b) 59 34 Hình IV.7 Phổ hấp thụ màng Cu2SnS3 60 35 Hình IV.8 Phổ truyền qua màng mỏng Cu2SnS3 61 36 Hình IV.9 Sự phụ thuộc (αhν) vào (hν) màng Cu2SnS3 61 Vật lý kỹ thuật Luận văn Thạc sĩ khoa học MỞ ĐẦU Thế giới nói chung quốc gia nói riêng đứng trước nguy thiếu lượng tương lai không xa Nguồn lượng chủ yếu giới lượng hoá thạch nguồn lượng sớm cạn kiệt tái tạo Bên cạnh nguồn lượng hố thạch sử dụng ảnh hưởng lớn đến mơi trường biến đổi khí hậu Do giới hướng tới nguồn lượng xanh thay thân thiện với mơi trường tái tạo Các nguồn lượng xanh ý lượng gió, lượng thuỷ triều, lượng mặt trời… Trong nguồn lượng lượng mặt trời ý nhiều mặt trời xạ lượng lớn xuống trái đất Tuy nhiên lượng mặt trời chưa sử dụng rộng rãi giới lẽ pin mặt trời chủ yếu dựa Si với cơng nghệ đắt tiền, điều làm cho giá thành pin mặt trời cao so với nguồn lượng khác Do để hạ giá thành pin mặt trời việc giảm chi phí đầu tư cho cơng nghệ sản xuất điều quan trọng Với đặc tính ưu việt cơng nghệ chế tạo khơng địi hỏi thiết bị phức tạp, điều kiện công nghệ không khắt khe (như với pin mặt trời vật liệu Silic), sản xuất quy mô công nghiệp, giá thành sản phẩm thấp hiệu suất đạt đến 19.3 % [1] pin mặt trời màng mỏng trở thành nguồn lượng có tiềm ứng dụng cao thực tế Đối với pin mặt trời màng mỏng nói riêng pin mặt trời nói chung phần tử hấp thụ chuyển đổi lượng mặt trời thành lượng điện phần tử quan trọng Trong pin mặt trời màng mỏng số loại vật liệu thường sử dụng làm lớp hấp thụ CIS (CuInS2, CuInSe2), CdTe, CIGS (Cu(In,Ga)Se),… [7,8] Tuy nhiên hợp chất chứa nguyên tố đắt tiền In nguyên tố độc hại Cd, Se Bởi vậy, việc nghiên cứu chế tạo loại vật liệu ưu việt thay vật liệu vấn đề quan tâm Với Vật lý kỹ thuật Luận văn Thạc sĩ khoa học đặc điểm tính chất phù hợp thành phần chứa nguyên tố không độc, màng mỏng CSS (Cu2SnS3) coi vật liệu tiềm cho lớp hấp thụ pin mặt trời màng mỏng Nghiên cứu chế tạo màng mỏng CSS nội dung nghiên cứu luận văn thạc sĩ Hiện nay, có nhiều phương pháp khác để chế tạo màng mỏng như: phương pháp sol-gel, bay nhiệt, điện hóa, phún xạ,…và đặc biệt phương pháp phun nhiệt phân Với khả pha tạp với hầu hết nguyên tố, hệ thiết bị chế tạo khơng địi hỏi máy móc đắt tiền hay điều kiện công nghệ nghiêm ngặt phù hợp với điều kiện Việt Nam, thêm vào phương pháp tạo lớp màng mỏng với chất lượng tốt, giá thành thấp bề mặt có diện tích lớn mà khơng địi hỏi chân khơng cao ứng dụng sản xuất quy mơ cơng nghiệp Vì phương pháp chọn sử dụng để chế tạo màng mỏng CSS, ứng dụng làm lớp hấp thụ cho pin Mặt Trời đa lớp Bố cục luận văn gồm có bốn phần: Phần I: Tổng quan tài liệu Phần II: Quy trình cơng nghệ chế tạo màng Cu2SnS3 Phần III: Khảo sát số thơng số ảnh hưởng đến tính chất màng Cu2SnS3 Phần IV: Khảo sát số tính chất màng Cu2SnS3 Vật lý kỹ thuật Luận văn Thạc sĩ khoa học Ảnh SEM (hình III.11) cho thấy rằng, kích thước hạt có khác nhau, chế độ phun liên tục kích thước hạt lớn kích thước hạt chế độ phun nhiều lần ” Tính chất điện Tính chất điện màng lắng đọng chế độ phun liên tục chế độ phun nhiều lần khảo sát thông qua phổ trở kháng phức Độ dẫn điện màng (bảng III.5) xác định từ kết thu từ phổ trở kháng phức kết hợp với q trình mơ sử dụng phần mềm Zview 2.0 Bảng III.5 Độ dẫn điện màng chế độ phun liên tục chế độ phun nhiều lần Màng Độ dẫn σ(S.cm −1 ) Phun liên tục Phun nhiều lần 17,5 18,1 Độ dẫn điện màng chế độ phun liên tục chế độ phun nhiều lần tương đương tương ứng 17,5 (S.cm-1), 18,1 (S.cm-1) Vậy, màng lắng đọng chế độ phun nhiều lần phun có phù hợp tốt chiều dày, độ dẫn điện so với màng lắng đọng chế độ phun liên tục màng sử dụng làm lớp hấp thụ cho pin mặt trời Từ kết nghiên cứu ảnh hưởng tỉ lệ nguyên tố Cu, ảnh hưởng chiều dày màng, ảnh hưởng chế độ phun, màng Cu2SnS3 với đặc trưng tính chất tối ưu hình thành từ hỗn hợp dung dịch phun có tỷ lệ nguyên tố Cu:Sn:S = 2:1:4 với chế độ phun nhiều lần gồm lần phun, lần phun thời gian 10 phút khoảng cách thời gian lần phun 10 phút 52 Vật lý kỹ thuật Luận văn Thạc sĩ khoa học PHẦN IV KHẢO SÁT MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA MÀNG Cu2SnS3 Từ kết khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ thành phần nguyên tố đồng, chiều dày màng, chế độ phun lên hình thành cấu trúc, thành phần pha, tính chất điện, tính chất quang màng mỏng Cu2SnS3 phần III, màng mỏng hình thành theo quy trình sau: Dung dịch phun hình thành từ dung dịch tiền chất CuCl2.2H2O, SnCl2.2H2O, (NH2)2CS nồng độ dung dịch CM = 0,02M tỉ lệ nguyên tố Cu:Sn:S = 2:1:4 Dung dịch phun lên đế nhiệt độ cao (T = 3800C) hình thành Cu2SnS3 Màng hình thành chế độ phun nhiều lần phun (6 lần) với thời gian thời 10 phút/lần khoảng cách thời gian lần 10 phút Màng Cu2SnS3 chế tạo theo quy trình nêu trên, khảo sát cấu trúc, thành phần pha, chiều dày, hình thái học bề mặt, tính chất quang tính chất điện IV.1 Cấu trúc, thành phần pha màng mỏng Cấu trúc pha màng mỏng khảo sát phương pháp nhiễu xạ tia X máy BRUKER–B5005 phịng Nhiễu xạ tia X, khoa hố học, trường Đại học khoa học tự nhiên - Đại học quốc gia Hà Nội Kết phổ XRD màng thu hình IV.1 Từ kết phổ XRD (hình IV.1), thấy rằng, đỉnh nhiễu xạ đặc trưng pha Cu2SnS3 xuất hiện, nhiên thấp chưa rõ Đỉnh (131) đặc trưng cho cấu trúc ba nghiêng pha Cu2SnS3 xuất rõ Màng mỏng Cu2SnS3 có cấu trúc ba nghiêng (triclinic) với số mạng a = 6,64 A , b = 0 11,51 A , c = 19,93 A Kích thước hạt tinh thể xác định phổ XRD kết hợp công thức Scherrer (I.2) d=K λ W cos θ 53 Vật lý kỹ thuật Luận văn Thạc sĩ khoa học Hình IV.1 Phổ XRD màng Cu2SnS3 Từ phổ XRD (hình IV.1), độ rộng nửa vạch phổ cao W=0,590 (0,01 rad), góc nhiễu xạ 2θ = 28,540 , xạ kích thích có bước sóng λ = 1,540A , hệ số hình học K = 0,9 Kích thược tinh thể màng chế tạo d ≈ 20 nm Vậy, màng Cu2SnS3 hình thành với cấu trúc ba nghiêng kích thước tinh thể d ≈ 20 nm Để khẳng định lần vật liệu chế tạo Cu2SnS3, thành phần % nguyên tố hợp phần màng CSS khảo sát sử dụng phương pháp phổ tán sắc lượng tia X (EDAX) Phổ EDAX khảo sát thiết bị QUANTA 200-FEI phịng Phân tích đo lường vật lý - trường Đại học bách khoa Hà Nội Từ kết phổ EDAX màng Cu2SnS3 hình IV.2, thấy ngun tố Cu, Sn, S hợp thức màng Cu2SnS3 xuất đầy đủ Thành phần phần trăm nguyên tử nguyên tố xác định từ phổ EDAX giới thiệu bảng IV.1 54 Vật lý kỹ thuật Luận văn Thạc sĩ khoa học Hình IV.2 Phổ EDXA màng Cu2SnS3 Bảng IV.1 Thành phần % nguyên tử nguyên tố màng Cu2SnS3 Nguyên tố Thành phần (%) Cu 34,23 Sn 17,57 S 48,20 So sánh với tỉ lệ nguyên tố theo hợp thức Cu:Sn:S = 33,34:16,66:50 thành phần % nguyên tử nguyên tố màng chế tạo Cu:Sn:S = 34,23:17,57:48,20 tương đối phù hợp với hợp thức Cu2SnS3 IV.2 Hình thái học bề mặt, chiều dày Hình thái học bề mặt chiều dày màng khảo sát ảnh SEM (hình IV.3 hình IV.4) 55 Vật lý kỹ thuật Luận văn Thạc sĩ khoa học Hình IV.3 Hình thái học bề mặt màng Cu2SnS3 Hình IV.4 Chiều dày màng Cu2SnS3 56 Vật lý kỹ thuật Luận văn Thạc sĩ khoa học Ảnh SEM (hình IV.3 hình IV.4) cho thấy màng có kích thước hạt khoảng µm chiều dày màng d ≈ 1,5 µm IV.3 Tính chất điện màng Cu2SnS3 ” Khảo sát tính chất điện phương pháp Van Der Pauw Loại hạt dẫn, nồng độ hạt tải, độ linh động, điện trở bề mặt màng Cu2SnS3 khảo sát từ phép đo hiệu ứng Hall thiết bị Curive Measurement system 7600 khoa vật lý, trường Đại học khoa học tự nhiên - Đại học quốc gia Hà Nội Kết phép đo hiệu ứng Hall thu bảng IV.2 Bảng IV.2 Một số đại lượng đặc trưng màng Cu2SnS3 thu từ phép đo Hall Từ trường Điện trở bề Hằng số Hall Loại dẫn Nồng độ hạt (G) mặt (ohm/spr) (cm3.C-1) 999,98 41,207 34,993 1999,8 41,212 2999,9 Độ linh động tải (1/cm3) (cm2V-1s-1) p 1,7838E+17 8,7276E-1 99,578 p 6,2687E+16 2,4835E+0 41,214 98,234 p 6,3544E+16 2,4500E+0 3999,9 41,216 65,950 p 9,4651E+16 1,6448E+0 4999,9 41,204 60,203 p 1,0369E+17 1,5015E+0 5999.9 41,209 44,568 p 1,4006E+17 1,1116E+0 7000,0 41,205 60,755 p 1,0274E+17 1,5153E+0 8000,1 41,212 57,731 p 1,0813E+17 1,4398E+0 9000,0 41,213 49,022 p 1,2733E+17 1,2226E+0 10000 41,209 47,642 p 1,3102E+17 1,1882E+0 Màng Cu2SnS3 bán dẫn loại p, có điện trở bề mặt khoảng 41 (ohm/spr), nồng độ hạt tải khoảng 1017 (1/cm2), độ linh động khoảng 1,64 (cm2V-1s-1) Các giá 57 Vật lý kỹ thuật Luận văn Thạc sĩ khoa học trị nằm khoảng giá trị công bố (điện trở suất 10-l đến 102 Ω.cm, nồng độ hạt tải 1015 đến1017 cm-3) giá trị tốt cho màng vật liệu sử dụng làm lớp hấp thụ cho pin mặt trời [19, 20] So sánh giá trị màng mỏng Cu2SnS3 chế tạo với giá trị trên, thấy màng phù hợp để làm lớp hấp thụ cho pin mặt trời • Khảo sát tính chất điện phương pháp CIS Tính chất điện màng CSS khảo sát phương pháp phương pháp đo phổ trở kháng phức (CIS) Quá trình đo phổ trở kháng phức màng thực hai bước: ” Làm điện cực bạc cho màng mỏng ” Đo phổ trở kháng phức màng thiết bị Impedance Analyzer HP4192 với dải tần từ Hz đến 13 MHz Hình IV.5 kết thu đo phổ trở kháng phức màng Phổ trở kháng phức màng hình bán nguyệt tương đối hồn hảo, điều chứng tỏ màng chế tạo có cấu trúc tương đối hồn hảo 120 100 - Z`` (Ohm) 80 60 40 20 80 100 120 140 160 180 200 Z` (Ohm) Hình IV.5 Phổ CIS màng Cu2SnS3 58 Vật lý kỹ thuật Luận văn Thạc sĩ khoa học Hệ vật liệu khảo sát Ag/Cu2SnS3 với hình dạng phổ CIS thu (hình IV.5) mô tả sơ đồ mạch điện tương đương gồm điện trở R1 ghép nối tiếp với (CPE//R2) (b) Hình IV.6 Sơ đồ mạch điện tương đương (a) Đường cong thực nghiệm mô hệ vật liệu (b) Hình IV.6.a sơ đồ mạch điện tương đương q trình mơ hình IV6.b kết phổ thu thực nghiệm mơ chương trình Zview 2.0 Có thể thấy rằng, đường cong mô trùng với đường cong thực nghiệm, chứng tỏ q trình mơ với trình xảy hệ vật liệu khảo sát Do thơng số thu từ q trình mơ thơng số hệ vật liệu khảo sát Kết thu thông số cho bảng Bảng IV.3 Giá trị thông số thu từ q trình mơ Thơng số Giá trị R1 88 CPE1-T 1,87E-7 CPE1-P 0,95 R2 89 59 Vật lý kỹ thuật Luận văn Thạc sĩ khoa học Từ kết thu kết hợp với công thức I.19, xác định độ dẫn màng σ ≈ 18,7(S.cm −1 ) Giá trị α = 0,95 gần với giá trị chứng tỏ CPE gần tụ điện thể phổ CIS đường bán nguyệt tương đối hồn hảo III.4 Tính chất quang màng Cu2SnS3 Tính chất quang màng mỏng khảo sát phương pháp UV – VIS thiết bị đo phòng phân tích quang phổ, trường Đại học bách khoa Hà Nội Trong dải bước sóng từ 200 đến 600 nm, màng hấp thụ gần hồn tồn (hình IV.7) truyền qua nhỏ khoảng 0,01% (hình IV.8) Sự hấp thụ giảm, truyền qua tăng vùng bước sóng dài có giá trị truyền qua 0,8% bước sóng 900 nm C−êng ®é (AU) 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 B−íc sãng (nm) Hình IV.7 Phổ hấp thụ màng Cu2SnS3 60 Vật lý kỹ thuật Luận văn Thạc sĩ khoa học 0.8 0.7 TruyÒn qua (%) 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 200 300 400 500 600 700 800 900 B−íc sãng (nm) Hình IV.8 Phổ truyền qua màng mỏng Cu2SnS3 2000 (alpha hv) 1500 1000 500 hv (eV) Hình IV.9 Sự phụ thuộc (αhν) vào (hν) màng Cu2SnS3 61 Vật lý kỹ thuật Luận văn Thạc sĩ khoa học Trong dải bước sóng từ 200 đến 600 nm, hệ số hấp thụ màng α ≈ 3.104 cm −1 xác định từ biểu thức (I.6) Từ phổ hấp thụ kết hợp với biểu thức (I.9) phụ thuộc (αhν) vào (hν) (α.hν ) = A (hν − E g ) Giá trị khe lượng màng Cu2SnS3 Eg ≈ 1,75 eV xác định từ đồ thị phụ thuộc Sự phụ thuộc (αhν) vào (hν) (hình IV.9) 62 Vật lý kỹ thuật Luận văn Thạc sĩ khoa học KẾT LUẬN Đã nghiên cứu chế tạo thành công màng mỏng CSS (Cu2SnS3) phương pháp phun nhiệt phân Một số thơng số ảnh hưởng lên tính chất màng Cu2SnS3 khảo sát Ảnh hưởng tỷ lệ thành phần nguyên tố đồng, chiều dày màng chế độ phun lên đặc trưng cấu trúc, điện quang nghiên cứu để tìm thơng số tối ưu cho quy trình chế tạo màng Cu2SnS3 sử dụng làm lớp hấp thụ cho pin mặt trời màng mỏng Đã khảo sát đặc trưng tính chất màng chế tạo cấu trúc, hình thái học bề mặt, tỷ lệ thành phần nguyên tố, tính chất quang tính chất điện phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), hiển vi điện tử quét (SEM), phổ tán sắc lượng (EDAX), phổ truyền qua (UV-VIS), phổ trở kháng phức (CIS) Van der Pauw Màng CSS chế tạo p–Cu2SnS3 với cấu trúc ba nghiêng (triclinic), kích thước hạt tinh thể d ≈ 20 nm, độ dẫn σ ≈ 18,7(S.cm −1 ) , hệ số hấp thụ α ≈ 3.104 cm −1 khe lượng Eg ≈ 1,75 eV Màng Cu2SnS3 chế tạo với đặc trưng tính chất cấu trúc, điện quang khảo sát vật liệu phù hợp làm lớp hấp thụ loại p sử dụng pin mặt trời màng mỏng Các kết nghiên cứu thu luận văn tiền đề cho nghiên cứu màng mỏng p – CSS, phát triển nghiên cứu chế tạo lớp chuyển tiếp p - n sở vật liệu p – CSS chế tạo pin mặt trời đa lớp tương lai 63 Vật lý kỹ thuật Luận văn Thạc sĩ khoa học TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Đặng Đình Thống (2005), Giáo trình Pin Mặt trời ứng dụng, NXB Khoa học kỹ thuật [ 2] Phạm Ngọc Ngun (2004), Giáo trình Kỹ thuật phân tích vật lý, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội [3] Nguyễn Năng Định (2006), Vật lý kỹ thuật màng mỏng, NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội [ 4] Nguyễn Ngọc Long (2007),Vật lý chất rắn, NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội [5] Tạ Đình Cảnh (2003), Thực tập vật lý chất rắn, NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội [6] Nguyễn Ngọc Trung (2006), Bài giảng kỹ thuật phân tích phổ Tiếng Anh [7] K Ramanathan, R Dhere, J Keane, B To, R Bhattacharya, M Contreras, and R Noufi (2005), High Efficiency CIGS Thin Film Solar Cells, National Center for Photovoltaics, NREL, SETP Review Meeting, Denver, CO [8 ] B.E Hardin, M Grätzel, M.D McGehee, J Frechet et al (2009) Nature Photonics 3, p 406 [ 9] Q Li, Y Ding, X Liu, Y Qian (2001), Preparation of ternary I-IV-VI nanocrystallines via a mild solution route, Materials Research Bulletin 36, p 2649–2656 [10] M Onoda, X Chen, A Sato, H Wada (2000), Crystal structure and twinning of monoclinic Cu2SnS3, Materials Research Bulletin 35, p 1563–1570 64 Vật lý kỹ thuật Luận văn Thạc sĩ khoa học [11] M Bouaziz, M Amlouk, S Belgacem (2009), Sructural and optical properties of Cu2SnS3 sprayed thin films, Thin Solid Films 517, p 2527–2530 [12] A Amlouk, K Boubaker, M Amlouk (2010), A new procedure to prepare semiconducting ternary compounds from binary buffer materials and vacuumdeposited copper for photovoltaic applications, Vacuum 85, p 60 - 64 [13] Y Shi, Z Jin, C Li, H An, J Qiu (2006), Effect of Cu/In ratio on properties of CuInS2 thin films prepared by successive ionic layer absorption and reaction method, Applied surface science 252, p 3737–3743 [14] A Weber, H Krauth, S Perlt, B Schubert, I Kotschau, S Schorr, H.W Schock (2009), Multi-stage evaporation of Cu2ZnSnS4 thin films, Thin Solid Films 517, p 2524–2526 [15] X Chen, H Wada, A Sato, and M Mieno (1998), Synthesis, electrical conductivity, and crystal structure of Cu4Sn7S16 and structure refinement of Cu2SnS3, Journal of solid state chemistry 139, p 144 - 151 [16] B Li, Y Xie, J Huang, and Y Qian (2000), Sythesis, characterization, and properties of nanocrystalline Cu2SnS3, Journal of solid state chemistry 153, p 170 – 173 [17] T A KuKu (1987), Photovoltaic characteristics of thin films of Cu2SnS3, Solar Energy Materials 16, p 199 – 204 [18] M Bouaziz, J Ouerfelli, S.K Srivastava, J.C Bernède, M Amlouk (2010), Growth of Cu2SnS3 thin films by solid reaction under sulphur atmosphere, Vaccum 1016, p 10 [19] R Noufi, R.J Matson, R.C Powell and C Horimgton, (1986), Solar materials science, Solar cells 14, p 479 [ 20] E.B Markus, M.L Cocivera, (1996), Materials science and physics of nonconventional energy sources, Thin Solid Films 272, p 71 – 82 65 Vật lý kỹ thuật Luận văn Thạc sĩ khoa học [ 21] T T John, K C Wilson, P M R Kumar, C S Kartha, K P Vijayakumar, Y Kashiwaba, T Abe, and Y Yasuhiro (2005), CuInS2 films using repeated chemical spray pyrolysis, phys stat sol (a) 202, No 1, p 79– 84 [ 22] M Krunks, O Kijatkina, A Mere, T Varema, I Ojaa, V Mikli (2010), Sprayed CuInS2 films grown under Cu-rich conditions as absorbers for solar cells, Solar Energy Materials & Solar Cells 87, p 207–214 66 Vật lý kỹ thuật ... mỏng CSS (Cu2SnS3) coi vật liệu tiềm cho lớp hấp thụ pin mặt trời màng mỏng Nghiên cứu chế tạo màng mỏng CSS nội dung nghiên cứu luận văn thạc sĩ Hiện nay, có nhiều phương pháp khác để chế tạo màng. .. vật liệu làm lớp hấp thụ cho pin mặt trời Màng mỏng Cu2SnS3 loại màng mỏng tiềm việc sử dụng làm lớp hấp thụ pin lượng mặt trời I.1.3 Tính chất điện vật liệu CSS (Cu2SnS3) Các nghiên cứu công bố,... liệu CSS (Cu2SnS3) Màng mỏng Cu2SnS3 chế tạo với mục đích làm lớp hấp thụ cho pin mặt trời, tính chất quang yếu tố quan trọng định đến khả ứng dụng màng, chất lượng pin mặt trời Một màng mỏng