5. Phương pháp nghiên cứu
1.5.3. Hiệu suất lý thuyết tối đa của pin mặt trời ETA
Lớp hấp thụ có độ dày W và năng lượng vùng cấm Eg (giả sử rằng Eg
bằng với điện áp tiếp xúc ngoài Vbi) được kẹp bởi các lớp bán dẫn loại n và p với năng lượng vùng cấm cao hơn. Đường chấm trong Hình 1.15 biểu thị mức năng lượng của các trạng tháo khuyết tật trong năng lượng vùng cấm, giúp
tăng cường sự tái hợp của các hạt tải và xác định độ dày lớp hấp thụ W. Chúng tôi giả sử rằng các mức này nằm ở giữa năng lượng vùng cấm, tức là ở mức năng lượng Eg/2 trên cạnh dải hóa trị. Chúng tôi cũng xem xét rằng mật độ của khuyết tật không thay đổi theo vị trí [25].
Hình 1.15. Sơ đồ dải năng lượng của một pin mặt trời hấp thụ cực mỏng ở trạng thái cân bằng nhiệt động [25].
Trong một tế bào thông thường: (i) Chiều dài tập hợp các hạt tải LC
(tổng chiều rộng của lớp suy giảm và chiều dài khuếch tán) trong chất hấp thụ phải vượt quá độ dày W của chất hấp thụ; (ii) Trong khi đó W phải gần với nghịch đảo của hệ số hấp thụ α của chất hấp thụ, nghĩa là gần với độ sâu thâm nhập, do đó LC > α-1.
Đối với pin mặt trời ETA, điều kiện (ii) được giảm bớt, vì vậy chúng ta cần điều chỉnh kỹ thuật gấp nhiều lần để bù cho sự hấp thụ kém. Còn để phù hợp với điều kiện (i) cần giảm mạnh độ dày của chất hấp thụ. Đồng thời, việc giảm độ dày của chất hấp thụ làm giảm tổng lượng giới hạn hạt mà các hạt tải phải đối mặt [25]. k Loại p Loại n Lớp hấp thụ Eg EF W A’ A E n erg y Mức khuyết tật qVbi
Việc sử dụng số lượng tế bào tối ưu và độ dày hấp thụ tối ưu đòi hỏi độ dài khuếch tán rất thấp của LD > 10 nm để đạt hiệu suất trên 15% trong khi độ dày hấp thụ CuInS2 tối thiểu W là 15 nm (do đó độ dài khuếch tán LD chỉ cần đáp ứng LD > ½.W đối với độ dày hấp thụ W). Dưới giá trị này của độ dày hấp thụ tới hạn, sự tái hợp đường hầm là yếu tố chính làm hạn chế nghiêm trọng hiệu quả của tế bào [25], [26]. Tương tự, điện áp Vbi tích hợp đạt giá trị rất cao (và đạt đến giới hạn q.Vbi ≈ Eg bởi độ rộng vùng cấm năng lượng hấp thụ) có thể không mong muốn ở độ rộng hấp thụ rất thấp, do điện trường rất cao trên một lớp mỏng hấp thụ và kết quả phát sịnh một hiệu ứng đường hầm đáng kể [25], [26].
Trong trường hợp có thêm khả năng bẫy ánh sáng, không chỉ cần một lớp hấp thụ CuInS2 có chiều rộng từ 20 đến 40 nm (mô phỏng được thực hiện với giả định mật độ sóng mang hấp thụ ~ 3.1011 cm-3 xác định chiều rộng của lớp rất bé). Tức là, số lượng lớp hấp thụ cần thiết được giảm đáng kể đến mức độ lớn trong trường hợp bẫy ánh sáng được sử dụng trong tế bào ETA [25], [26]. Nói cách khác, khả năng bẫy ánh sáng trong một tế bào làm giảm số chiều dày lớp hấp thụ cần thiết.