2 CHƯƠNG
4.4 Ảnh hưởng của độ rộng vùng cấm Eg của lớp hấp thụ CIGS
Vùng cấm: Là vùng nằm giữa vùng hoá trị và vùng dẫn, nếu là bán dẫn không pha tạp thì điện tử không tồn tại trong vùng cấm. Khoảng cách giữa đáy vùng dẫn và đỉnh vùng hoá trị gọi là độ rộng vùng cấm. Tuỳ theo độ rộng vùng cấm có thể lớn hay nhỏ mà chất bán dẫn có thể dẫn điện hay không dẫn điện. Độ rộng vùng cấm của lớp hấp thụ CIGS được khảo sát từ 1eV – 1,7 eV, mỗi lần thay đổi cách nhau 0.1 eV. Giá trị độ rộng vùng cấm có thể khác nhau tùy vào nồng độ Gali pha vào CuIn1- xGaxSe2 (x từ 0 tới 1)[15].
Bảng 7: Kết quả mô phỏng các đặc trưng về hiệu năng hoạt động của pin theo độ rộng vùng cấm lớp hấp thụ CIGS
Eg (eV) JSC (mA/cm2) η (%) Ff VOC (V) 1 30.31 12.784 0.801 0.527 1.05 30.312 14.165 0.812 0.575 1.1 30.273 15.552 0.822 0.625 1.15 30.282 16.976 0.831 0.674 1.2 30.292 18.406 0.839 0.724 1.25 30.301 19.836 0.846 0.774 1.3 30.310 21.232 0.852 0.822 1.35 29.261 21.627 0.857 0.863 1.4 26.864 20.422 0.858 0.886 1.45 25.675 19.675 0.858 0.893 1.5 23.358 17.909 0.857 0.894 1.55 23.358 17.914 0.857 0.894 1.6 22.072 16.918 0.857 0.895 1.65 19.54 15.958 0.855 0.895 1.7 18.324 14.018 0.855 0.895
Ta thu được các kết quả về các đặc trưng đầu ra như sau:
Hình 24: Sự phụ thuộc của mật độ dòng đoản mạch vào độ rộng vùng cấm
Mật độ dòng không thay đổi khi Egthay đổi từ 1,0 eV đến 1,3 eV và mât độ dòng giảm dần từ 31,2 mA/cm2 xuống khoảng 10 mA/cm2
khi ta tăng độ rộng vùng cấm từ 1,3 eV đến 1,7 eV.
Hình 25: Sự phụ thuộc của thế hở mạch theo độ rộng vùng cấm của lớp hấp thụ CIGS
Hình 25 cho thấy thế hở mạch tăng đáng kể từ giá trị 1 eV tới 1,4 eV, từ giá trị 1,4 eV trở đi thì thế hở mạch không đổi xung quanh giá trị 0,895 V.
Hình 26: Sự phụ thuộc của hiệu suất vào độ rộng vùng cấm
Hình 26 thấy rằng: khi thay đổi độ rộng vùng cấm từ 1,0 eV đến 1,35 eV thì hiệu suất tăng dần và đạt cực đại về hiệu suất chuyển đổi năng lượng khi độ rộng vùng cấm là 1,35 eV. Khi ta tiếp tục tăng giá trị độ rộng vùng cấm thì giá trị hiệu suất chỉ giảm và giảm rất nhanh.
Hệ số lấp đầy tăng dần khi tăng độ rộng vùng cấm từ 1,0 eV đến 1,35 eV. và giá trị hệ số lấp đầy này không thay đổi khi ta tiếp tục tăng độ rộng vùng cấm của lớp hấp thụ CIGS.
Hình 27: Sự phụ thuộc của hệ số lấp đầy vào độ rộng vùng cấm Eg
Như vậy giá trị độ rộng vùng cấm phù hợp nhất để đáp ứng được các đặc trưng đầu ra khi chạy chương trình mô phỏng mà đặc trưng quan trọng nhất là hiệu suất chuyển đổi năng lượng đạt cực đại là 1.35 eV. Điều này tương ứng với tỷ lệ nồng độ In/Ga là 70/30.
KẾT LUẬN
• Chương trình mô phỏng một chiều AMPS – 1D là công cụ hữu hiệu để khảo sát ảnh hưởng cấu tạo 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 ta thường đưa thêm các lớp đệm.
• Độ dày tối ưu của lớp hấp thụ: 2000 nm – 3000 nm.
• Độ rộng vùng cấm tối ưu đối với lớp hấp thụ CIGS là 1,35 eV tương ứng với tỉ lệ nồng độ In/Ga là 70/30.
• Hiệu năng hoạt động của pin với cấu hình tối ưu là:
η
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1. Trịnh Quang Dũng, (9/2008), Tổng quan tình hình phát triển điện mặt trời ở Việt Nam, Báo cáo tại 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 .
2. Phùng Hồ, Phan Quốc Phô, (2008) Giáo trình Vật liệu bán dẫn, Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật .
3. Walberer, (9/2008), giám đốc điều hành Solar world Châu Á, Công nghiệp PV và sự phát triển của ngành năng lượng mặt trời trên thế giới, Báo cáo tại 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 .
Tiếng Anh
4. C. Eberspacher, K. Pauls, and J. Serra, (05/2002), “Non-Vacuum Processing of CIGS Solar Cells,” Proc. 29thIEEE PV Spec, New Orleans, Conf . 684. 5. D. S. Albin, J. Carapella, J. R. Tuttle, and R. Noufi, (1992). Mat. Res. Soc.
Symp. Proc. Vol. 228, 267 .
6. Gupta and A.D. Compaan, (2005), 31st IEEE PV Specialists Conference, IEEE, Piscataway, NY, p. 235.
7. K. Ramanathan, R. Noufi, B. To, D. L. Young, R. J. Dhere, R. Bhattacharya,
In these Proceedings M.A. Contreras, and G. Teeter,.
8. K. Zweibel, (2004), H. Ullal, and B. von Roedern, Finally: Thin ungpp.48-54 . 9. N. S. Lewis, Global Energy Perspective.
10. M. A. Contreras, W. N. Shafamann, J. Abushama, F. Hasoon, D. L. Young, B. Egaas and R. Noufi,( 2005) Prog. Photovoltaics .
11. M. A. Green, (2003), in Proc. 3rd World Conf. Photovoltaic Energy Conversion p.OPL–02.
12. M. Gloeckler and J. R. Sites, , (2005), Appl Phys. 98, 103703.
13. M. Gloeckler and J.R. Sites, (6- 2006), Private Communications, CIGS National Team Meeting.
14. Markus Gloeckler, (2003), Numerical Modeling of CIGS Solar Cells, Department of Physics of Master of Science Colorado State University Fort Collins, Colorado Spring.
15. V.K. Kapur, A. Bansal, P. Le, and O.I. Asensio, ( 05/2002), Non-Vacuum Processing for CIGS Solar Cells on Rigid and Flexible Substrates, Proc. 29th IEEE PV Spec, New Orleans, Conf. 688.
16. United Nations Development Programme, United Nations Department of Economic and Social Affairs and World Energy Council, Tech. Rep. URL 17. The center for Nanotechnology and Utilization, A Manual for AMPS – 1D,
The Pennsylvania State University Park, PA 16802.
18. W. N. Shafamann and L. Stolt, (2003), Hanbook of Photovoltalic Science and Engineering, pp. 564-616.