Mô phỏng vật lý linh kiện chế tạo và khảo sát một số lớp chính của pin mặt trời trên cơ sở màng mỏng CISS

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGƠ ĐÌNH SÁNG MƠ PHỎNG VẬT LÝ LINH KIỆN, CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT MỘT SỐ LỚP CHÍNH CỦA PIN MẶT TRỜI TRÊN CƠ SỞ MÀNG MỎNG CIGS LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ Hà Nội – 2013 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGƠ ĐÌNH SÁNG MƠ PHỎNG VẬT LÝ LINH KIỆN, CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT MỘT SỐ LỚP CHÍNH CỦA PIN MẶT TRỜI TRÊN CƠ SỞ MÀNG MỎNG CIGS Chuyên ngành: Vật lý Chất rắn Mã số: 62 44 07 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS Phạm Hồng Quang TS Lê Tuấn Tú Hà Nội – 2013 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận án trung thực chưa công bố công trình khác Tác giả Ngơ Đình Sáng LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tơi xin kính gửi tới PGS TS Phạm Hồng Quang TS Lê Tuấn Tú lời cảm ơn sâu sắc Các Thầy người trực tiếp hướng dẫn tôi, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành luận án Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới GS.TS Nguyễn Huy Sinh, người thầy dạy bảo giúp đỡ nhiều trình học tập q trình hồn thiện luận án Bộ mơn Vật lí Nhiệt độ thấp Tơi xin cảm ơn nhiệt tình động viên, giúp đỡ luôn tạo điều kiện thuận lợi Thầy Bùi Hữu Thắng - Trưởng Bộ môn Vật lí Trường Đại học Xây dựng suốt trình hồn thành luận án Tơi xin gửi tới NCS Vũ Văn Khải, CN Đỗ Quang Ngọc, TS Trần Thị Quỳnh Hoa, TS Hồ Khắc Hiếu, NCS Đặng Thị Bích Hợp lịng biết ơn quan tâm, động viên tơi ý kiến đóng góp, thảo luận khoa học q trình hồn thành luận án Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn tới NCS Lưu Mạnh Quỳnh, ThS Nguyễn Duy Thiện, người nhiệt tình tơi thực phép đo đạc vận hành thiết bị thí nghiệm Tơi xin chân thành cảm ơn thầy giáo Bộ mơn Vật lí Nhiệt độ thấp Bộ mơn Vật lí Chất rắn, Khoa Vật lí, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội, tạo điều kiện thuận lợi giúp q trình thực luận án Tơi xin gửi lời cám ơn tới đề tài Nafosted mã số 103.02.59.09 có hỗ trợ kinh phí q trình tơi làm thực nghiệm nước ngồi Tơi xin gửi lòng biết ơn động viên, tạo điều kiện thuận lợi thầy cô Bộ môn Vật lí lãnh đạo Khoa Cơ khí Xây dựng Ban Giám hiệu Trường Đại học Xây dựng q trình tơi thực luận án Cuối tơi dành tình cảm đặc biệt bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới Bố, Mẹ, Anh, Em ruột tôi, Vợ Bố, Mẹ, Anh, Em ruột Vợ tôi, người mong mỏi, động viên tôi, giúp tơi thêm nghị lực để hồn thành luận án này! Hà Nội, tháng 03 năm 2013 Tác giả MỤC LỤC Trang Lời cam đoan Lời cảm ơn Danh mục kí hiệu ……………………………………………………… i Danh mục chữ viết tắt ………………………………………………… iii Danh mục hình ảnh đồ thị …………………………………………… v Danh mục bảng………………………………………………………… x MỞ ĐẦU ………………………………………………………………… CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ PIN MẶT TRỜI MÀNG MỎNG TRÊN CƠ SỞ LỚP HẤP THỤ CuIn1-xGaxSe2 (CIGS)… 1.1 Các hệ pin mặt trời …………………………………………… 1.2 Nguyên lý hoạt động PMT CIGS … 14 1.2.1 Cơ sở lý thuyết ……………………………………………………………… 14 1.2.2 Cấu tạo pin……………………… …………………………………… 15 1.2.3 Đặc trưng dòng-thế (I-V)………………………………………………… 17 Một số phương pháp chế tạo lớp PMT dạng CIGS 19 1.3.1 Phương pháp bốc bay chân không ……………………………………… 20 1.3 1.3.2 Phương pháp chế tạo màng phún xạ catot (Cathode Sputtering)…………………………………………………………………… 21 1.3.3 Phương pháp laze xung (PLD - Pulsed Laser Deposition)…………… 21 1.3.4 Phương pháp chế tạo màng mỏng điện tử xung (Pulse 1717 Electrodeposition-PED)…………………………………………………… 22 1.3.5 Phương pháp epitaxi chùm phân tử (MBE-Molecular Beam Epitaxy) 22 1.3.6 Phương pháp chế tạo màng lắng đọng điện hóa 1919 1.4 (Electrodeposition)………………………………………………………… 23 Một số phương pháp khảo sát cấu trúc tính chất màng mỏng 24 1.4.1 Phân tích cấu trúc tinh thể phương pháp nhiễu xạ tia X ……… 24 1.4.2 Phân tích hình thái học bề mặt màng mỏng hiển vi điện tử quét 22 22 (Scanning Electron Microscopy - SEM)………………………………… 26 1.4.3 Phân tích tính chất quang màng mỏng quang phổ kế……… 27 1.4.4 Phương pháp xác định chiều dày màng mỏng dao động thạch 25 anh (quartz)………………………………………………………………… 29 1.4.5 Phương pháp Van der Pauw……………………………………………… 30 1.4.5.1 Đo điện trở mặt mẫu màng mỏng kỹ thuật Van der Pauw……………………………………………………………… 30 1.4.5.2 Phép đo hiệu ứng Hall…………………………………………… 32 1.4.6 Phương pháp đo chiều dày màng mỏng Stylus Profiler………… 35 1.4.7 Phương pháp đo điện trở vuông mẫu màng mỏng………………… 35 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1………………………………………………… 37 CHƯƠNG MÔ PHỎNG CÁC THÔNG SỐ HOẠT ĐỘNG CỦA PMT MÀNG MỎNG CIGS BẰNG CHƯƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG AMPS-1D ………………………………… 38 2.1 Cấu trúc tham số đặc trưng PMT màng mỏng CIGS ………………………………………………………………… 38 2.1.1 Cấu trúc pin mặt trời CIGS………………………………… 38 2.1.2 Các đặc trưng hiệu hoạt động PMT ……………………… 40 Phương trình Poisson……………………………………………… 42 2.2.1 Nồng độ điện tử tự nồng độ lỗ trống tự do……………………… 43 2.2.2 Nồng độ trạng thái định xứ (ND+, NA-, pt, nt)…………………………… 45 2.2.2.1 Nồng độ donor nồng độ acceptor (ND+, NA)……………… 45 2.2 2.2.2.2 Nồng độ mức sai hỏng (nt pt)…………………………… 49 2.3 Phương trình liên tục……………………………………………… 50 2.3.1 Mật độ dòng điện tử mật độ dòng lỗ trống (Jn Jp)……………… 50 2.3.2 Quá trình tái hợp hạt tải……………………………………………… 51 2.4 Mơ hiệu hoạt động PMT AMPS-1D…… 2.4.1 Các tham số đầu vào……………………………………………………… 52 52 2.4.1.1 Các tham số đặt vào toàn thiết bị…………………………… 53 2.4.1.2 Các tham số đặt vào lớp riêng biệt……………………… 54 2.4.1.3 Các tham số để xác định quang phổ chiếu sáng……………… 58 2.4.2 Khảo sát hiệu hoạt động PMT AMPS-1D…………… 60 2.4.2.1 Ảnh hưởng độ dày lớp hấp thụ CIGS………………… 60 2.4.2.2 Ảnh hưởng độ rộng vùng cấm Eg lớp hấp thụ CIGS… 64 2.4.2.3 Ảnh hưởng hệ số phản xạ mặt trước……………………… 68 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2………………………………………………… 72 CHƯƠNG CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT LỚP DẪN ĐIỆN TRUYỀN QUA ZnO VÀ LỚP HẤP THỤ CIGS BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN TỬ XUNG (PULSED ELECTRON DEPOSITION-PED)……………………………………… 7 73 3.1 Tổng quan thiết bị điện tử xung (PED)………………………… 73 3.2 Chế tạo màng mỏng ZnO CIGS phương pháp PED 76 3.2.1 Thực nghiệm………………………………………………………………… 76 3.2.2 Kết quả……………………………………………………………………… 3.2.2.1 Màng mỏng dẫn điện suốt ZnO:Al (AZO)….…………… 80 80 3.2.2.2 Màng mỏng hấp thụ CIGS……………………………………… 89 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3………………………………………………… 97 CHƯƠNG CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT LỚP HẤP THỤ CGS, CIGS BẰNG PHƯƠNG PHÁP LẮNG ĐỌNG ĐIỆN HĨA…… 98 4.1 Phương pháp Vol-Ampe vịng (Cyclic Voltammetry-CV)……… 4.2 Ảnh hưởng chất tạo phức lên trình lắng đọng màng hấp thụ CuGaSe (CGS) đế ITO…………………………… 101 98 4.2.1 Thực nghiệm phép đo CV lắng đọng màng CGS………………… 101 4.2.2 Các kết thảo luận………………………………………………… 103 4.2.2.1 Đặc trưng Vol-Ampe hệ đơn nguyên………………… 103 4.2.2.2 Đặc trưng Vol-Ampe hệ ba nguyên Cu-Ga-Se…………… 106 4.2.2.3 Kết lắng đọng điện hóa màng CGS…………………… 4.3 107 Ảnh hưởng lắng đọng điện hóa lên q trình lắng đọng màng hấp thụ CIGS đế Mo…………………………………… 109 4.3.1 Chế tạo lớp dẫn điện đế Mo phương pháp phún xạ catot……… 109 4.3.1.1 Thực nghiệm……………………………………………………… 110 4.3.1.2 Kết khảo sát mẫu thu được………………………………… 111 4.3.2 Phép đo Vol-Ampe vòng lắng đọng màng CIGS 112 4.3.3 Kết thảo luận……………………………………………………… 112 4.3.3.1 Đặc trưng Vol- Ampe đơn chất Cu, Ga, In Se………… 112 4.3.3.2 Đặc trưng Vol-Ampe hệ hai nguyên Cu-Se, Ga-Se, In-Se 116 4.3.3.3 Đặc trưng Vol-Ampe hệ bốn nguyên Cu-In-Ga-Se 119 4.3.3.4 Sự phụ thuộc vào khử thành phần màng mỏng 120 4.3.3.5 Hình thái học tinh thể 4.4 123 Chế tạo thử nghiệm khảo sát tính chất PMT sở màng 125 hấp thụ CIGS 126 4.4.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động PMT Glass/ITO/CIGS/Al 126 4.4.2 Khảo sát tính chất chuyển hóa quang điện 128 KẾT LUẬN CHƯƠNG 134 KẾT LUẬN CHUNG 135 CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 137 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………… 139 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt Kí hiệu Absorption coefficient Hệ số hấp thụ α Circuit current density (mA/cm2) Mật độ dòng điện J Conduction band energy (eV) Năng lượng đáy vùng dẫn EC Conversion efficiency of the solar cell Hiệu suất chuyển đổi quang (%) điện η Current density at maximum power Mật độ dòng tương ứng điểm output (mA/cm2) công suất cực đại Pmax Jmax Electron Điện tử e Electron mobility (cm2/Vs) Độ linh động điện tử µe Energy (eV) Năng lượng E Fermi energy (eV) Năng lượng Fecmi EF Fill factor (%) Hệ số điền đầy FF Hole Lỗ trống h Hole mobility (cm2/Vs) Độ linh động lỗ trống µh Open circuit voltage (V) Thế hở mạch Optical band gap energy (eV) Độ rộng lượng vùng cấm quang Eg Resitivity (Ωcm) Điện trở suất ρ Short circuit open density (mA/cm2) Mật độ dòng đoản mạch JSC Square resistance Điện trở vuông R□ Substrate temperature (0C) Nhiệt độ đế TS Thickness (µm) Chiều dày d i VOC KẾT LUẬN CHUNG Luận án cơng trình nghiên cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm chế tạo số lớp PMT dạng màng mỏng CIGS Trong phần lý thuyết q trình khai thác ứng dụng chương trình mơ AMPS-1D đối tượng PMT màng mỏng với lớp hấp thụ CIGS Với phần thực nghiệm, hai phương pháp chế tạo màng mỏng: lắng đọng điện tử xung lắng đọng điện hóa, chúng tơi chế tạo thành công màng dẫn điện truyền qua AZO màng hấp thụ CIGS PMT Trong phần cuối luận án, chúng tơi trình bày kết sử dụng màng CIGS lắng đọng phương pháp điện hóa để chế tạo linh kiện PMT đơn lớp dựa tiếp xúc p-n CIGS/ITO khảo sát tính chất quang điện pin Các kết luận án là: Sử dụng phần mềm AMPS-1D, cách thay đổi thông số hệ số phản xạ mặt trước; bề dày lớp hấp thụ độ rộng vùng cấm lớp hấp thụ, thu giá trị tối ưu đầu hiệu hoạt động PMT màng mỏng CIGS có cấu trúc ZnO/CdS/CIGS: Độ dày tối ưu lớp hấp thụ CIGS vào khoảng 2000 nm-3000 nm Độ rộng vùng cấm tối ưu lớp hấp thụ CIGS 1,4 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 A/cm2; VOC = 0,67 V; ff = 0,831 Các kết chế tạo lớp dẫn điện suốt ZnO lớp hấp thụ CIGS phương pháp lắng đọng điện tử xung PED: - Đối với màng dẫn điện suốt ZnO: tìm điều kiện chế tạo tối ưu với áp suất khí oxy 10 mTorr nhiệt độ đế 4000C Màng ZnO thu đáp ứng yêu cầu làm lớp “cửa sổ” dẫn điện suốt PMT màng mỏng dạng CIGS 135 - Đối với màng CIGS: tìm chế độ lắng đọng điện gia tốc 12 kV nhiệt độ đế 6000C Các mẫu thu có hệ số hấp thụ tốt, có bề rộng vùng cấm khoảng 1,4 eV, phù hợp với thành phần bia vật liệu Như vậy, phương pháp lắng đọng điện tử xung thích hợp để chế tạo màng mỏng ZnO CIGS Q trình xử lý nhiệt thích hợp chờ đợi cải thiện đáng kể tính chất mẫu tiến hành thời gian tới Các kết nghiên cứu đặc trưng Vol-Ampe lắng đọng màng hấp thụ CGS CIGS phương pháp điện hóa: - Đã khảo sát chất tạo phức phù hợp để lắng đọng màng hấp thụ CGS đế ITO: axit HCl axit H3SNO3 - Kết phép đo CV khảo sát màng CIGS thu lắng đọng điện hóa đế Mo cho thấy khoảng lắng đọng tối ưu từ -0,8 V đến -1,0 V Chế tạo thành công PMT đơn lớp dựa lớp hấp thụ CIGS lắng đọng phương pháp điện hóa Bằng phép đo đặc trưng quang điện 04 mẫu pin chế tạo với lớp hấp thụ CIGS lắng đọng -0,8; -0,85; -0,9; -1,0 V, thu hiệu suất chuyển đổi quang điện có giá trị tương ứng là: 5,2; 6,7; 12,6; 8,9% Kết cho thấy: chất lượng màng CIGS chế tạo phương pháp điện hóa đáp ứng yêu cầu ứng dụng làm lớp hấp thụ PMT màng mỏng 136 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN Phạm Hồng Quang, Ngơ Đình Sáng, Trần Mạnh Hà, Lê Tuấn Tú, Nguyễn Thị Thu, Phạm Hồng Huế (2009), “Mô hiệu hoạt động pin mặt trời loại màng mỏng CuIn1-xGaxSe2”, Tuyển tập báo cáo Hội nghị Vật lý chất rắn Khoa học Vật liệu Toàn quốc lần thứ 6, tr 454-457 Phạm Hồng Quang, Ngơ Đình Sáng, Đỗ Quang Ngọc (2011), “Chế tạo màng mỏng lắng đọng xung điện tử (PED)”, Tuyển tập báo cáo Hội nghị Vật lý chất rắn Khoa học Vật liệu Toàn quốc lần thứ 7, tr 241-246 Ngo Dinh Sang, Pham Hong Quang, Le Tuan Tu (2011), “Electrodeposition of CuGaSe2 layer from solutions with different complexing agents”, Communications in Physics 21 (4), pp 365-372 Ngo Dinh Sang, Pham Hong Quang, Le Tuan Tu, Dang Thi Bich Hop (2012), “Effect of electrodeposition potential on the composition and morphology of CIGS absorber thin film”, Bulletin of Materials Science, accepted Ngo Dinh Sang, Pham Hong Quang, Do Quang Ngoc (2012), “Effect of oxygen pressure on the charge transport property of Al-doped ZnO films grown by pulsed electron deposition”, Communications in Physics 22 (2), pp 155-160 137 Ngo Dinh Sang, Pham Hong Quang, Do Quang Ngoc (2012), “Pulsed Electron Deposition (PED) – A novel tool for growth of thin films”, Communications in Physics 22 (1), pp 65-73 Pham Hong Quang, Ngo Dinh Sang, Do Quang Ngoc (2012), “Pulsed electron beam deposition of transparent conducting Al-doped ZnO films”, Thin Solid Films 520, pp 6455-6458 138 TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT [1] Nguyễn Năng Định (2005), Vật lí kỹ thuật màng mỏng, Nhà xuất Đại học Quốc Gia Hà Nội, Hà Nội [2] Trương Ngọc Liên (2000), Điện hóa lý thuyết, Nhà xuất Khoa học Kĩ thuật, Hà Nội [3] Nguyễn Văn Minh (2009), Cơ sở vật lí quang học vật rắn, Nhà xuất Đại học Sư phạm, Hà Nội [4] Phùng Hồ, Phan Quốc Phơ (2001), Giáo trình vật lí bán dẫn, Nhà xuất Khoa học Kĩ thuật, Hà Nội [5] Lê Xuân Thê (2006), Dụng cụ bán dẫn vi mạch, Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội TIẾNG ANH [6] Abrantes I M., Araujo L V., Veli D (1995), “Voltammetric study on copper deposition/dissolution reactions in aqueous chloride solutions”, Minerals Engineering 8(12), pp 1467-1475 [7] Aga R S., Jr., Cox C , Ueda A , Jackson E , Collins W E , and Mu R (2006), “Influence of background gas pressure charging potential and target distance on the spot size ablated by single pulsed electron beam” J Vac Sci Technol A 24(6), pp 11-14 [8] Albin D S., Carapella J., Tuttle J R., and Noufi R (1992), “The effect of copper vacancies on the optical bowing of chalcopyrite Cu(In,Ga)Se2 alloys”, Mat Res Soc Symp Proc 228, pp 267-272 139 [9] Andriesh A M., Verlan V I., Malahova L A (2003), “Deposition of heterostructures based on CIGSE and CdS by electron-beam ablation”, Journal of Optoelectronics and Advanced Materials 5(4), pp 817-821 [10] Bhattacharya R.N., Batchelor W., Grannata J E., Hasoon H., Wiensner H., Ramanathan K., Keane J., Noufi R N (1998), “CuIn1-xGaxSe2-based photovoltaic cells from electrodeposited and chemical bath deposited precursors”, Solar Energy Materials and Solar Cells 55, pp 83-94 [11] Bhattacharya R.N., Ramanathan K (2004), “Cu(In,Ga)Se2 thin film solar cells with buffer layer alternative to CdS”, Solar Energy 77, pp 679-683 [12] Bhattacharya R.N., Hiltner J F., Batchelor W., Contreras M A., Noufi R N., Sites J R (2000), “15.4% CuIn1-xGaxSe2-based on photovoltaic cells from solution based precursor films”, Thin Solid Film 361, pp 396-399 [13] Bouabid K., Ihlal A., Manar A., Outzourhit A., Ameziane E L (2005), “Effect of deposition and annealing parameters on the properties of electrodeposited CuIn1-xGaxSe2 thin films”, Thin Solid Films 488, pp 6267 [14] Bouloufa A., Djessas K., Zegadi A (2007), “Numerical simulation of CuIn1-xGaxSe2 solar cells by AMPS-1D”, Thin Solid Films 515, pp 62856287 [15] Calixto M E., Bhattacharya R N., Sebastian P J., Fernandz A M., Gamboa S A., Noufi R N (1998), “Cu(In,Ga)Se2 based photovoltaic structure by electrodeposition and processing”, Solar Energy Materials and Solar Cells 55, pp 23-29 [16] Burgelman M., Verschregen J., Degrave S., Nollet P (2004), “Modeling Thin-film PV Devices”, Prog Photovolt: Res Appl 12, pp 143-153 [17] Chandra V., Manoharan S S (2008), “Pulsed electron beam deposition of highly oriented thin films of polytetrafluoroethylene”, Applied Surface Science 254, pp 4063-4066 140 [18] Chen Y., Bagnall D M., Koh H J., Park K T., Hiraga K., Zhu Z Q., and Yao T (1998), “Plasma assited molecular beam epitaxy of ZnO on c- plane sapphire: Growth and characterization”, J Appl Phys 84(7), pp 39123918 [19] Chopra K L, Major S., and Pandya D K (1983), “Transparent conductors – A status review”, Thin Solid Films 102(1), pp 1-46 [20] Choudhary R J., Ogale S B., Shinde S R., Kulkarni V N., Venkatesan T., Harshavardhan K S., Strikovski M., Hannoyer B (2004), “Pulsed-electronbeam deposition of transparent conducting SnO2 films and study of their properties” Appl Phys Lett 84(9), pp 1483-1485 [21] Christen H M., Lee D F., List F A., Cook S W., Leonard K J., Heatherly L., Martin P M., Paranthaman M., Goyal A., and Rouleau C M (2005), Superconductor Science and Technology 18, pp 1168-1175 [22] Comini E., Faglia G., Sberveglieri G., Pan Z W., and Wang Z L (2002), “Stable and highly sensitive gas sensors based on semiconducting oxide nanobelts”, Appl Phys Lett 81(10), pp 1869-1871 [23] Dediu V A., Lopez J., Matacotta F C., Nozar P., Ruani G., Zamboni R., Taliani C (1999), “Micro-Raman and resistance measurements of epitaxial La0.7Sr0.3MnO3 films”, Phys Stat Sol B 215(1), pp 625-629 [24] Dicov C., Marinov M., Maciel H., Grigorov K., Nedkov I., Beshkov G (2005), “Properties of Cr and Mo thin films deposited by RF sputtering”, Journal of Optoelectronics and Avanced Materials 7(1), pp 385-387 [25] Dikovska A O., Atanaskov P A., Dimitrov J G., Imamova S E., Vasilev T (2009), “Transparent conductive Al doped ZnO thin films produced by pulsed laser deposition”, Journal of Optoelectronics and Advanced materials 11(10), pp 1517-1520 [26] Eberspacher C., Pauls K., and Serra J (2002), “Non-Vacuum Processing of CIGS Solar Cells”, Proc 29th IEEE PV Spec Conf., New Orleans, pp 684687 141 [27] Eray A., Nobile G (2004), “AMPS-1D Modeling of a-Si:H n+-i-n+ Structure: the Validity of Space Charge Limited Current Analysis”, Turk J Phys 28, pp 31-39 [28] Fernandez A M., Bhatacharya R.N (2005), “Electrodeposition of CuIn1xGaxSe2 precursor films: optimization of film composition and morphology”, Thin Solid Films 474, pp 10-13 [29] Friedfeld R., Raffelle R D., Mantovani J G (1999), “Electrodeposition of CuInxGa1-xSe2 thin films”, Solar Energy Materials & Solar Cells 58, pp 375-385 [30] Gal D., Hodes G., Lincot D., Schock H W (2000), “Electrochemical deposition of zinc oxide films from non-aqueuos solution: a new buffer/window process for thin film solar cells”, Thin Solid Films 361, pp 79-83 [31] Ganchev M., Kois J., Kaelin M., Bereznev S., Tzvetkova E., Volubuzeva O., Stratieva N., Tiwari A (2006), “Preparation of Cu(In,Ga)Se2 layer by selenization of electrodeposited Cu-In-Ga precursor”, Thin Solid Films 511512, pp 325-327 [32] Gloeckler M (2005), Numerical Modeling of CIGS Solar Cells, Ph.D Thesis, Department of Physics of Master of Science Colorado State University Fort Collins, Colorado [33] Gloeckler M and Sites J R (2005), “Potential of submicronmeter thickness Cu(In,Ga)Se2 solar cells”, J Appl Phys 98(103703), pp 1-7 [34] Green M A (2003), Proc 3rd World Conf Photovoltaic Energy Conversion, paper OPL–02, Osaka [35] Green M A., Emery K., Hishikawa Y., Warta W (2009), “Solar cell efficiency tables – Version 34”, Prog Photovolt: Res Appl 17, pp 320326 142 [36] Gupta A., and Compaan A D (2005), High efficiency micron thick sputtered CdTe solar cells, 31st IEEE PV Specialists Conference, Piscataway, NY, pp 235-238 [37] Hariskos D., Spiering S., Powalla M (2005), “Buffer layers in Cu(In,Ga)Se2 solar cells and modules”, Thin Solid Films 480, pp 99-109 [38] Hashimoto Y., Kohara N., Negami T., Nishitani M., and Takahiro W (1996), “Surface Characterization of Chemical Treated Cu(In,Ga)Se2 Thin Films”, Jpn J Appl Phys 35, pp 4760-4764 [39] Hermann A M., Westfall R., Wind R (1998), “Low-cost deposition of CuInSe2 (CIS) films for CdS/CIS solar cells”, Solar Energy Material and Solar Cells 52, pp 355-360 [40] Hirata G.A., McKittrick J., Siqueiros J., Lopez O A., Cheeks T., Contreras O., and Yi J Y (1996), “High transmittance-low resistivity ZnO: Ga films by laser ablation”, J Vac Sci Technol A 14(3), pp 791-794 [41] Huang L., Li X., Zhang Q., Miao W., Zhang L., Yan X., Zhuang Z., and Hua Z (2005), “Properties of transparent conductive In2O3:Mo thin films deposited by Channel Spark Ablation”, J Vac Sci Technol A, 23(5), pp 1350-1353 [42] Huang C H., Li S S., Anderson T J (2002), “Device modeling and simulation of CIS-based solar cells”, Photovoltaic Specialists Conference, Conference Record of the Twenty-Ninth IEEE, pp 748-751 [43] Jackson E , Aga R., Jr., Steigerwald A , Ueda A , Pan Z , Collins W E , and Mu R (2008), “Characterization of CdTe Nanoparticles Fabricated by Pulsed Electron Deposition Technique at Different Ablation parameters”, AIP Conf Proc 991, pp 90-93 [44] Jackson P., Hariskos D., Lotter E., Paetel S., Wuerz R., Menner R., Wischmann W., and Powalla M (2011), “New world record efficiency for Cu(In,Ga)Se2 thin-film solar cells beyond 20%”, Progress in Photovoltaics: Research and Applications 19(7), pp 894-897 143 [45] Jiang X L., and Xu N (1989), “Preparation of dense films of crystalline ZrO2 by intense pulsed-electron-beam ablation”, J Appl Phys 66(11), pp 5594-5597 [46] Jonas M., and Marc B (2007), Empirical J-V modelling of CIGS solar cells, Proceedings of NUMOS, Workshop on Modelling of Thin Film Solar Cells, pp 227-233 [47] Johansson J (2007), Modelling and Optimization of CIGS Solar Cell Modules, Master Thesis, Lunds university [48] Kampmann A., Sittinger V., Rechid J., R Reineke-Koch (2000), “Large area electrodeposition of Cu(In,Ga)Se2”, Thin Solid Films 361-362, pp 309-313 [49] Kang F., Ao J., Sun G., He Q., Sun Y (2010), “Properties of CuInxGa1-xSe2 thin films grown from electrodeposited precursors with different levels of selenium content”, Current Appl Phys 10, pp 886-888 [50] Kapur V K., Bansal A., Le P., and Asensio O I (2003), “Non-Vacuum Processing for CIGS Solar Cells on Rigid and Flexible Substrates using nanoparticle precursor inks”, Thin Solid Films 431-432, pp 53-57 [51] Kovaleski S D., Gilgenbach R M., Ang L K., and Lau Y Y (1999), “Electron beam ablation of materials”, J Appl.Phys 86, pp 7129-7138 [52] Krajewski T A., Luka G., Wachnicki L., Jakiela R., Witkowski B., Guziewicz E., Godlewski M., Huby N., Tallarida G (2009), “Optical and electrical characterization of defects in zin oxide thin films grown by atomic layer deposition”, Optica Applicata XXXIX(4), pp 865-874 [53] Kyoung P Ko, Seung H Moon, Kyu J Song, Park Chan, Sang Im Yoo (2005), “High quality SmBa2Cu3O7-δ thin films on SrTiO3 (100) substrates deposited by pulsed electron beam deposition”, IEEE Transactions on Applied Superconductivity 15(2), pp 3054-3057 144 [54] Lai Y., Liu F., Zhang Z., Liu J., Li Y., Kuang S., Li J., Liu Y (2009), “Cyclic voltammetry study of electrodeposition of Cu(In,Ga)Se2 thin films”, Electrochim Acta 54, pp 3004-3010 [55] Lewis N S (2007), “Powering the Planet”, Mrs Bulletin 32, pp 808-820 [56] Liu Y., Gorla C R., Liang S., Emanetoglu N., Lu Y., Shen H., and Wraback M (2000), “Ultraviolet Detectors Based on Epitaxial ZnO Films Grown by MOCVD”, J Electron Mater 29(1), pp 69-74 [57] Liu J., Liu F., Lai Y., Zhang Z., Li J., Liu Y (2011), “Effects of sodium sulfamate on electrodeposition of Cu(In,Ga)Se2 thin film”, J Electroanal Chem 651, pp 191-196 [58] Look D C (2001), “Recent advances in ZnO materials and devices”, Mater Sci Eng B 80, pp 383-387 [59] Look D C., Reynolds D C., Sizelove J R., Jones R L., Litton C W., Cantwell G., and Harsch W C (1998), “Electrical properties of bulk ZnO”, Solid State Commun.105(6), pp 399-401 [60] Malm U (2008), Modelling and Degradation Characteristics of Thin-Film CIGS Solar Cells, PhD Thesis, Uppsala University [61] Marudachalam M., Birkmire R W., Hichri H., Schultz J M., Swartzlander A., Al-Jassim M M (1997), “Phases, morphology, and diffussion in CuInxGa1-xSe2 thin films”, J Appl Phys 82(6), pp 2896-2905 [62] Massaccesi S., Sanchez S., Vedel J (1996), “Electrodeposition of indium selenide In2Se3”, J Electroanal Chem 412, pp 95-101 [63] Mishra K K., Rajeshwar K (1989), “A voltammetric study of the electrodeposition chemistry in the Cu + In + Se system”, J Electroanal Chem 271, pp 279-294 [64] Muller G., Konijnenberg M., Kraft G., and Schultheiss C (1995), Science and Technology of Thin Films, pp 89-119 145 [65] Nampoori H V., Rincon V., Chen M., and Kotru S (2010), “Evaluation of indium tin oxide films grown at room temperature by pulsed electron deposition”, J Vac Sci Technol A 28(4), pp 671-674 [66] Nistor M., Mandache N B and Perriere J (2008), “Pulsed electron beam deposition of oxide thin films”, J Phys D: Appl Phys 41, pp 165205165215 [67] Ohta J., Sakurada K., Shih F Y., Kobayashi A., Fujioka H (2009), “Growth of group III nitride films by pulsed electron beam deposition”, Journal of Solid State Chemistry 182, pp 1241-1244 [68] Park S M., Ikegami T., Ebihara K., Shin P K (2006), “Structure and properties of transparent conductive doped ZnO films by pulsed laser deposition”, Applied Surface Science 253, pp 1522-1527 [69] Petersen M D (2001), Numerical simulation of the performance characteristics, instability, and effects of band gap grading in cadmium telluride based photovoltaic devices, Master of Science Thesis, Iowa State University, Iowa [70] Porter H L., Mion C., Cai A L., Zhang X., Muth J F (2005), “Growth of ZnO films on C-plane (0001) sapphire by pulsed electrodeposition (PED)”, Material Science and Engineering B 119, pp 210-212 [71] Prins M W J, Grosse Holz K O, Muller G, Cillessen J F M, Giesbers J B, Weening R P., and Wolf R M (1996), “A feroelectric transparent thin-film transistor” Appl Phys Lett 68(25), pp 3650-3652 [72] Pudov O A (2005), Impact of secondary barriers on CuIn1-xGaxSe2 solar cells operation, PhD Thesis, Colorado State University, Colorado [73] Repinst I., Contreras M A., Egaas B., DeHart C., Scharf J., Perkins C L., To B., Noufi R (2008), “19.9%-efficient ZnO/CdS/CuInGaSe2 Solar Cell with 81.2% Fill Factor”, Prog Photovolt Res Appl 16, pp 235-239 [74] Renganathan N G., Subramania M V., Mohan S (2011), “Electrodeposition route to synthesize CIGS films-an economical way to 146 harness solar energy”, International Journal of Engineering, Science and Technology 3(1), pp 206-212 [75] Scofield J H., Asher S., Albin D., Tuttle J., Contreras M., Niles D., Reedy R., Tennant A., Noufi R (1995), “Sodium diffusion, selenization, and microstructural effects associated with various molybdenum back contact layers for CIS-based solar cells”, Proc of the 24th IEEE Photovoltaic Specialists Conference, pp 164-167 [76] Scofield J H., Duda A., Albin D (1995), “Sputtered Molybdenum Bilayer Back Contact for Copper Indium Diselenide-Based Polycrystalline ThinFilm Solar Cells”, Thin Solid Films 260(1), pp 26-31 [77] Sebastian P J., Calixto M E., Bhattacharya R N., Noufi R (1999), Solar Energy Materials and Solar Cells 59, pp 125-135 [78] Sene C., Ndiaye B., Dieng M., Mbow B., Nguyen Cong H (2009), “CuIn(Se,S)2 based photovoltaic cells from one-step electrodeposition”, International Journal of Physics Science 4(10), pp 562-570 [79] Shafamann W N., and Stolt L (2003), Handbook of Photovoltaic Science and Engineering, pp 564-616 [80] Stark R., Christiansen J., Frank K., Mucke F., and Stetter M (1995), “Pseudospark produced pulsed electron beam for material processing”, IEEE Trans.Plasma Sci 23(3), pp 258-264 [81] Strikovski M and Harshavardhan K.S (2003), “Parameters that control pulsed electron beam ablation of materials and film deposition processes”, Appl Phys Lett 82(6), pp 853-855 [82] Strikovski M , Kim J and Kolagani S H (2010), Springer Handbook of Crystal Growth, Part E, pp 1193-1211 [83] Tadeev A V., Delabouglise G., and Labeau M (1999), “Sensor properties of Pt doped SnO2 thin films for detecting CO”, Thin Solid Films 337(1-2), pp 163-165 147 [84] The Center for Nanotechnology Education and Utilization The Pennsylvania State University Park, PA 16802, “A Manual for AMPS – 1D” [85] Thomas D G (1960), “The exciton spectrum of Zinc oxide”, J Phys Chem Solids 15, pp 86-96 [86] Thouin L., Rouquette-Sanchez S., Vedel J (1993), “Electrodeposition of Copper-Selenium binaries in a citric acid medium”, Electrochim Acta 38(16), pp 2387-2394 [87] Tripathi S., Venkataramani N., Dusane R O., Schroeder B (2006), “Onedimensional simulation study of microcrystalline silicon thin films for solar cell and thin film transistor applications using AMPS-1D”, Thin Solid Films 501, pp 295-298 [88] UNDP, UNDESA & WEC (United Nations Development Programme, United Nations Department of Economic and Social Affairs, World Energy Council) (2000), World Energy Assessment, New York [89] Vasilis M F., Kim H C (2007), “Cu(InGa)Se2 thin-film solar cells: comparative life-cycle analysis of buffer layers”, 22nd European Photovoltaic Solar Energy Conference, Milan [90] Venkata Rao G., Hema Chandra G., Sreedhara Reddy P., Hussain O M., Ramakrishna Reddy K T., Uthanna S (2002), “Influence of substrate temperature on the structural and optical properties of Cu0.5Ag0.5InSe2”, J Optoelectron Adv Mater 4(2), pp 387-392 [91] Vispute R D., Talyansky V., Trajanovic Z., Choopun S., Downes M., Sharma R P., Venkatesan T., Woods M C., Lareau R T., Jones K A., and Iliadis A A (1997), “High quality crystalline ZnO buffer layers on sapphire (001) by pulsed laser deposition for III-V nitrides”, Appl Phys Lett 70(20), pp 2735-2737 [92] Wang X., Li S S., Kim W K., Yoon S., Craciun V., Howard J M., Easwaran S., Manasreh O D., Anderson T J (2006), “Investigation of 148 rapid thermal annealing on Cu(In,Ga)Se2 films and solar cells”, Solar Energy Materials & Solar Cells 90, pp 2855-2866 [93] Wei S H., Zhang S B., and Zunger A (1998), “Effects of Ga addition to CuInSe2 on its electronic, structural, and defect properties”, Appl Phys Lett 72(24), pp 3199-3201 [94] Yamaguchi T., Yamamoto Y., Tanaka T., Tanahashi N., and Yoshida A (1998), “Influence of annealing temperature on the properties of Cu(In,Ga)Se2 thin films by thermal crystallization in Se vapor”, Sol Energy Mater and Sol Cells 50(1-4), pp 1-6 [95] Zank J., Mehlin M., Fritz H P (1996), “Electrochemical codeposition of indium and gallium for chalcopyrite solar cells”, Thin Solid Films 286(1), pp 259-263 [96] Zhan P., Li Z., and Zhangjun Zhang (2011), “Preparation of Highly Textured ZnO Thin Films by Pulsed Electron Deposition”, Materials transactions 52(9), pp 1764-1767 [97] Zhang L., Jiang F D., Feng J Y (2003), “Formation of CuInSe2 and Cu(In,Ga)Se2 films by electrodeposition and vacuum annealing treatment”, Sol Energy Mater Cells 80, pp 483-490 [98] Zhang B P., Walcatsuki K., Binh N T., Usami N., and Segawa Y (2004), “Effects on growth temperature on the characteristics of ZnO epitaxial films deposited by metalorganic chemical vapor deposition”, Thin Solid Films 449(1-2), pp 12-19 [99] Zentrum fur Solarenergie und Wasserstoffforschung, press release 11/2010, Stuttgart, 23 August 2010 [100] Zweibel K., Ullal H., and Roedern B von (2004), Thin film PV, Photon International, pp 48-54 149 ... SÁNG MƠ PHỎNG VẬT LÝ LINH KIỆN, CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT MỘT SỐ LỚP CHÍNH CỦA PIN MẶT TRỜI TRÊN CƠ SỞ MÀNG MỎNG CIGS Chuyên ngành: Vật lý Chất rắn Mã số: 62 44 07 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ NGƯỜI... TỔNG QUAN VỀ PIN MẶT TRỜI MÀNG MỎNG TRÊN CƠ SỞ LỚP HẤP THỤ CuIn1-xGaxSe2 (CIGS)… 1.1 Các hệ pin mặt trời …………………………………………… 1.2 Nguyên lý hoạt động PMT CIGS … 14 1.2.1 Cơ sở lý thuyết ………………………………………………………………... t lệ n a [47 Ngoài lớp hấp thụ, cấu tr c pin màng mỏng C S c n có lớp đế, lớp dẫn điện đế, lớp đệm, lớp dẫn điện suốt [79 Loại pin màng mỏng cần lượng h n để chế tạo chế tạo nhiều q trình, chi