5. Phương pháp nghiên cứu
2.3.2. Mô hình vật lý
2.3.2.1. Mức độ sâu khối (deep bulk)
Trong mỗi lớp, mỗi loại (donor hoặc acceptor) và mật độ của một mức cạn có thể được xác định; nó bị ion hóa hoàn toàn và không góp phần tái hợp. Ngoài ra, có thể xác định tối đa ba mức độ sâu. Sự tái hợp lại ở các mức và sự chiếm chỗ của chúng, được mô tả bởi chính thức Schockley-Read-Hall (SRH), và điện tích được xác định bởi sự chiếm đóng của mức và loại của nó (donor hoặc acceptor, hoặc “trung lập”, tức là một trung tâm giả định không có điện tích). Các mức có thể được phân bổ năng lượng trong vùng cấm (mức đơn, dải đồng nhất, Gau beta hoặc đuôi theo cấp số nhân). Nồng độ của trạng thái nông hoặc sâu có thể thay đổi đồng đều theo không gian, bước, tuyến tính hoặc hàm mũ) [29].
2.3.2.2. Trạng thái giao diện và sự gián đoạn mức năng lượng
Các mức năng lượng Quasi-Fermi không liên tục tại các giao diện. Để xử lý vấn đề này một cách toán học, một nút bổ sung tại mỗi giao diện được giới thiệu trong phần rời rạc. Để tái hợp giao diện, SCAPS-1D sử dụng mô hình Panhwells Vanhoutte. Mô hình xem xét bốn dải băng tần cho các trạng thái giao diện, tức là các dải dẫn và dải hóa trị của cả hai chất bán dẫn tại giao diện. Lý thuyết này xem xét sự tái hợp các electron của một chất bán dẫn với lỗ trống của một chất bán dẫn khác cùng với sự tái hợp chuẩn của các electron với lỗ trong cùng một chất bán dẫn. Ở đây, con đường tái hợp quan trọng nhất là sự tái hợp các electron của lớp cửa sổ với các lỗ trống của lớp hấp thụ.
Tổng điện tích trong trạng thái giao diện bằng với sự gián đoạn trong sự dịch chuyển điện môi tại giao diện [29].
Hình 2.9. Sơ đồ mức năng lượng.
Trong chương trình SCAPS -1D, các trạng thái giao diện có thể được phân phối theo năng lượng, giống như các trạng thái khối. Tại các giao diện bán dẫn - kim loại (tiếp điểm), vận chuyển các hạt tải đa số được mô tả bằng phát xạ nhiệt (lý thuyết Bethe).
Dòng phát xạ nhiệt đối với các electron cho hai chất bán dẫn vùng cấm trực tiếp với khối lượng hiệu dụng giống hệt nhau, phương trình như sau:
(1) (2) , , exp c th n th n E j v n n kT = − − (2.22) Trong đó: jth,n là dòng hạt chất bán dẫn từ 1 đến 2. vth,n là vận tốc chuyển động nhiệt của điện tử. n(1), n(2) là nồng độ electron.
ΔEC năng lượng gián đoạn vùng dẫn.
Tương tự, dòng phát xạ nhiệt cho các lỗ trống có thể được tính toán. Tại tiếp điểm bán dẫn - kim loại, các phương trình biên được áp đặt trên phương trình liên tục của các electron:
( )
n n eq
j =S n−n (2.23) Trong đó: n
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
Trong chương này, chúng tôi đã trình bày cơ sở lý thuyết:
- Khái niệm mô hình số và giới thiệu về chương trình SCAPS-1D: Mô hình một chiều pin mặt trời; Mô hình toán học và vật lý của pin mặt trời.
- Phân tích cơ sở chọn lựa các thông số đầu vào sử dụng cho mô phỏng. Đây là cơ sở quan trọng cho việc thảo luận các kết quả nghiên cứu của luận văn.
Để hỗ trợ thực nghiệm chế tạo pin mặt trời Cu(In,Al)S2 bằng phương pháp phun phủ nhiệt phân toàn phần FSPD trong nghiên cứu của luận văn này chúng tôi sử dụng phương pháp SCAPS-1D để mô phỏng thiết kế pin mặt trời Cu(In,Al)S2. Khảo sát chi tiết sẽ được trình bày trong chương 3.
Chương trình SCAPS-1D và các tài liệu liên quan được GS. M. Burgelman và các cộng sự thuộc Trường Đại học Gent (Sweden) hỗ trợ.
Chương 3. MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG CÁC THÔNG SỐ HOẠT ĐỘNG CỦA PIN MẶT TRỜI Cu(In,Al)S2