5. Phương pháp nghiên cứu
1.4.2. Lớp hấp thụ Cu(In,Al)S2
Lớp hấp thụ là lớp quan trọng nhất của pin mặt trời màng mỏng. Vật liệu CIAS thuộc nhóm hợp chất Cu-chalcopyrite (Hình 1.8b). Cấu trúc của chúng được phát triển từ cấu trúc giả kẽm Zinc-blende (hay sphalerite) (Hình 1.8a), nếu một nửa số nguyên tử Zn được thay thế bởi các nguyên tử Cu và nửa kia thay thế bởi các nguyên tử In và Al trong lúc các nguyên tử S vẫn không đổi tại các vị trí như cấu trúc ban đầu.
Hình 1.8. Cấu trúc chalcopyrite của Cu(In,Al)S2 theo quy luật Grimm-Sommerfeld: a) Các cấu trúc Zinc-blende, b) chalcopyrite và c) Cu-Au [16], [21].
Vật liệu CIAS đang thu hút sự quan tâm nghiên cứu rất lớn của các phòng thí nghiệm trên thế giới và các kết quả nghiên cứu gần đây cho thấy triển vọng vô cùng to lớn khi sử dụng vật liệu này làm lớp hấp thụ trong pin mặt trời màng mỏng. Vật liệu CIAS có một số ưu điểm nổi bật như sau [20], [22], [32]:
1,7 eV là giá trị lý tưởng để hấp thụ tối ưu phổ mặt trời. - Không chứa các nguyên tố có độc tính.
- Pin mặt trời CIAS đã cải thiện đáp ứng xanh, tổn hao hiệu suất thấp tại nhiệt độ làm việc và ổn định dưới bức xạ cao tốt hơn so với các pin mặt trời sử dụng lớp hấp thụ có độ rộng vùng cấm thấp.
- Lớp hấp thụ CIAS có thể được chế tạo được bằng nhiều phương pháp khác nhau để có thể hạ thấp giá thành sản phẩm.
Các phương pháp chung sử dụng để lắng đọng lớp hấp thụ Cu- chalcopyrite được chia làm hai nhóm:
* Phương pháp chân không: Phương pháp phún xạ và phương pháp
đồng bốc bay. Hai nhóm phương pháp trên được đánh giá cao vì chất lượng tốt của màng lắng đọng và cho phép chế tạo pin mặt trời hiệu suất cao. Pin mặt trời Cu(In,Ga)Se2 đạt hiệu suất cao nhất η = 22,6% [19]. Phương pháp này phù hợp tốt cho công nghệ pin mặt trời màng mỏng với cấu trúc thuận.
* Phương pháp không sử dụng chân không: Phương pháp lắng đọng
tĩnh điện (ESD), phương pháp phun phủ nhiệt phân (SPD), phương pháp phản ứng pha khí lớp ion (ILGAR). Các phương pháp này chế tạo trong môi trường không chân không nên cho phép giảm giá thành của pin mặt trời, trong đó phương pháp SPD được nghiên cứu và phát triển với hiệu suất đạt được với lớp hấp thụ CuInS2 là η = 9,6% [23]. Phương pháp này phù hợp tốt cho công nghệ pin mặt trời màng mỏng với cấu trúc đảo.