5. Bố cục của luận văn gồm
3.2. Khảo sát đánh giá thông số pin mặt trời
Pin mặt trời được điều chế từ các tấm Si loại n, định hướng (100). Đầu tiên, các tấm wafer được cắt thành các miếng vuông với chiều dài các cạnh khoảng 5 ÷ 8 cm, được xử lý bằng các dung dịch acetone và H2SO4, HNO3, HF để loại bỏ các lớp SiO2 tự nhiên và bụi bẩn trên bề mặt của các tấm wafer. Trong bước tiếp theo, Si wafer được rửa bằng nước khử ion. Các vật liệu Si và Ge loại p được trộn vào các tấm Si ở nhiệt độ phòng bằng hệ thống phún xạ ACT Orion (Hoa Kỳ) để tạo ra 20nm của hợp kim Si1-xGex loại p làm lớp phát xạ. Độ dày của lớp hợp kim được kiểm soát bởi sức mạnh phún xạ của các mục tiêu riêng lẻ. Tiếp theo, một lớp màng mỏng ITO được phun lên trên đỉnh của wafer để tạo kênh dẫn, cũng đóng vai trò của lớp chống phản xạ, tăng cường khả năng hấp thụ ánh sáng của pin mặt trời. Các điện cực trên (phía trước) (tiếp xúc) được điều chế bằng bạc dán và các điện cực dưới (phía sau) được chế tạo bằng nhôm (Al). Cấu trúc sơ đồ của pin mặt trời đã chuẩn bị được minh họa trong Hình 3.6. Trong quá trình phún xạ, các chất nền được quay tại khoảng 7-10 vòng / phút dưới plasma của khí argon tinh khiết, cấp 5N, ở mức 5 mTorr từ áp suất cơ bản 5.10-6 Torr. Khoảng cách từ các nguồn đến các đế được cố định ở mức 10 cm.
Hình 3.6.Cấu trúc sơ đồ của pin mặt trời đã chuẩn bị
Đối với đặc tính mẫu, chất nền thạch anh được chọn để lắng đọng Si và Ge với cùng một quy trình. Độ dày của các lớp phún xạ được ước tính bằng cách quét các phép đo của kính hiển vi điện tử (SEM) trên máy đo JEOL JSM-7600F (Hoa Kỳ). Độ dày thực tế của các vật liệu phún xạ đã được kiểm soát bằng cách điều chỉnh các quyền hạn. Các loại chất bán dẫn hiến pháp được xác định bằng cách sử dụng các phép đo hiệu ứng Hall trên máy đo Lakeshore 7607 Hall (Hoa Kỳ). Một loạt pin mặt trời với các bộ phát của hợp kim Si1-xGex có hàm lượng Ge khác nhau x = 0,3; 0,4; 0,5 và 0,6 được chế tạo. Các đường cong của pin mặt trời IV được đặc trưng trên trạm thử nghiệm mô phỏng mặt trời Oriel IV (Hoa Kỳ).
Các pin mặt trời đã chuẩn bị, như được minh họa trong Hình 3.6 hợp kim Si (xám đen) và hợp kim Si1-xGex loại p (màu xám nhạt) được ghép nối để tạo thành một tiếp giáp p-n. Để kiểm tra các loại chất bán dẫn thích hợp, chúng tôi đã thực hiện các phép đo hiệu ứng Hall của các mẫu phún xạ trên đế thạch anh. Các phép đo Hall được thực hiện theo các quy trình sau. Dòng điện không đổi I chảy qua các mẫu được đặt vuông góc với fiel dB từ theuniform, cũng vuông góc với dòng chảy hiện tại. Sự khác biệt tiềm năng giữa hai mặt của mẫu, được xác định là điện áp Hall UH, tỷ lệ thuận với cường độ dòng I và cường độ của cảm ứng từ B và tỷ lệ nghịch với độ dày d của lớp phún xạ:
(3.1)
Trong đó RH là hằng số Hall. Vì vậy, hằng số Hall có thể được xác định là: (3.2)
Về nguyên tắc, RH phụ thuộc vào loại bán dẫn. Đối với RH < 0, chúng ta có được chất bán dẫn loại n, với RH > 0, chúng ta thu được chất bán dẫn loại p [9],[10]. Khi đã xác định được loại bán dẫn, vật liệu Si và Ge được chọn để chế tạo lớp chuyển tiếp p-n trên đế Si loại n (100).
Hình 3.7.Ảnh SEM của Si (a) và Ge (b) phún xạ trên đế thạch anh tại công suất phún xạ 100 W trong thời gian 90 phút
Để kiểm soát chính xác độ dày của các lớp hợp kim Si1-xGex có thành phần Ge khác nhau x, tốc độ lắng đọng của Si và Ge đã được nghiên cứu. Hình 3.7 cho thấy hình ảnh SEM nhìn từ bên của Si và Ge lắng đọng trên đế thạch anh với công suất phún xạ cố định 100 W, như công suất tiêu chuẩn, trong 90 phút. Độ dày trung bình của Si và Ge được xác định lần lượt là 614 nm và 267 nm.
Trong một nghiên cứu khác [29], chúng tôi đã chỉ ra rằng tốc độ phún xạ khá tuyến tính với công suất phún xạ. Do đó, sự phụ thuộc tuyến tính của tốc độ lắng đọng vào công suất phún xạ được ước định và trình bày trong Hình 3.8 và được dùng làm đường cong hiệu chuẩn cho phún xạ. Hơn nữa, công suất phún xạ thực tế được thực hiện xung quanh công suất thử nghiệm (~ 100 W). Dựa trên các đường cong hiệu chuẩn này, có thể tính toán công suất phún xạ và thời gian cho hợp kim Si1-xGex với thành phần x và độ dày mong muốn của hợp kim.
Hình 3.8. Đường cong hiệu chuẩn cho vật liệu Si và Ge phún xạ
Các điện cực của pin mặt trời được thiết kế dạng hình răng lược, với khoảng cách khoảng giữa các răng khoảng 4 nm. Hình dáng của điện cực này chỉ mang tính thử nghiệm, để đạt được hiệu suất cao, kích thước và cấu tạo của điện cực cần được nghiên cứu bài bản và kĩ lưỡng hơn. Hình 3.9 trình bày thiết kế mask điện cực bạc cho pin mặt trời.
Hình 3.9.Thiết kế mask điện cực bạc cho pin mặt trời