Các PMT loại màng mỏng CIGS có lợi thế đáng kể về giá cả bởi vì đường biểu diễn mối quan hệ giá thành và sản lượng bắt đầu từ một mức thấp hơn so với công nghệ silic. Các màng mỏng được chế tạo với chi phí về căn ản là thấp hơn
Sự thành công về thương mại của PMT rất quan trọng bởi vì nó thúc đẩy sự phát triển trong tương lai Sự thành cơng đó lại phụ thuộc chủ yếu vào sự khuyến khích của chính phủ như: giảm giá thuế, trợ cấp lắp đặt. Hiện nay, các PMT thế hệ
mới loại màng mỏng CIGS chiếm dưới 10% th phần hàng hóa của pin quang điện. Toàn bộ sản phẩm điện từ mặt trời vẫn không đáng kể so với lượng năng lượng mà thế giới yêu cầu. Vì vậy, hướng nghiên cứu mới về PMT loại màng mỏng là rất cấp thiết và có tính khả thi.
Pin mặt trời đến năm 2050
Đối mặt với tình trạng cơng nghiệp hóa và sự tăng d n số thế giới liên tục, loài người phải đương đầu với những thách thức về yêu cầu năng lượng. Từ năm 2000 đến năm 5 , yêu cầu năng lượng trung bình sẽ tăng từ 13 TW ( ) đến khoảng 3 TW Năng lượng của chúng ta tập trung chủ yếu vào năng lượng của nhiên liệu hóa thạch. Nhân tố thúc đẩy các năng lượng tái tạo sẽ làm tăng sự sản xuất khí gây hiệu ứng nhà kính, đặc biệt là khí CO2 tích tụ trong khí quyển của chúng ta. Từ cuối thế kỉ XIX, nồng độ CO2 tăng từ khoảng 280 phần triệu (ppm) đến 360 ppm [88]. Nồng độ CO2 tăng từ 450 đến 55 ppm được dự đoán sẽ gây ra sự thay đổi thời tiết. Với tốc độ tiêu thụ năng lượng hóa thạch hiện nay và nhu cầu sử dụng năng lượng toàn cầu tăng, chúng ta sẽ phải đối mặt với nguồn nhiên liệu hóa thạch cạn kiệt và nồng độ CO2 tăng đến 75 ppm vào năm 5 , gấp 3 lần nồng độ trước [55]. Trong viễn cảnh này, trái đất có thể trở thành một nơi ít có cơ hội sống. Vấn đề ở đ y là con nguời phải làm gì để tận dụng được các nguồn năng lượng sạch đáp ứng được yêu cầu của xã hội và bảo vệ môi trường sống. Như vậy, năng lượng mặt trời là ứng cử viên tốt nhất có thể ngăn chặn các thảm hoạ khí hậu ở cuối thế kỉ này.
Những thách thức đặt ra
Việc phát triển loại PMT màng mỏng CIGS đang có những vướng mắc cần các nhà khoa học tiếp tục nghiên cứu tháo g Vấn đề lớn nhất hiện nay là các đặc trưng về hiệu năng hoạt động (d ng cực đại, thế cực đại, hiệu suất biến đổi năng lượng, hệ số lấp đầy) của loại pin này chưa cao khi sản xuất ở quy mô lớn và c n chưa ổn đ nh, tức là phụ thuộc rất nhiều yếu tố như thành phần, cấu trúc, công nghệ chế tạo Để giải quyết ài toán này, trước hết các nhà khoa học phải chế tạo được
các lớp riêng rẽ của cấu trúc pin với phẩm chất mong muốn, phải hiểu được mối liên quan giữa điều kiện chế tạo với tính chất vật liệu, giữa các tính chất của các lớp riêng rẽ với hiệu năng hoạt động của toàn ộ cấu trúc Trong l nh vực này, ngoài các nghiên cứu thực nghiệm như chế tạo mẫu ng các phương pháp khác nhau, đo đạc và khảo sát các đặc tính vật liệu, phương pháp mơ phỏng cũng là một công cụ hữu hiệu 32, 33].
ài tốn mơ phỏng, các nhà nghiên cứu chú khảo sát ảnh hưởng các tham số đặc trưng của vật liệu lên hiệu năng làm việc của pin thơng qua các mơ hình vi mơ về cơ chế hoạt động
ột loạt các hướng nghiên cứu khác cũng được các nhà khoa học tiến hành như: giảm chiều dày các lớp 36]; tăng cường độ ền cơ học của pin; n ng cao năng suất chế tạo; giảm giá thành và đảm ảo an tồn mơi trường trong chế tạo 26, 50 Trên thế giới có một số trung t m nghiên cứu mạnh về PMT màng mỏng CIGS, điển hình là N E ( ), Đại học Tổng hợp Colorado ( ), Đại học Tổng hợp Uppsala (Thụy Điển) với kinh phí rất lớn, khoảng 1 đến triệu đô la cho một dự án Tại các trung t m này, các nhà khoa học ắt đầu nghiên cứu x y dựng các d y chuyền sản xuất, ên cạnh đó vẫn đang tiếp tục các nghiên cứu cơ ản theo các hướng đ nêu ở trên
Vấn đề thứ hai đặt ra là độ bền lâu dài của thiết b . Câu hỏi đặt ra là tại sao một số mô-đun giữ được chất lượng bền vững trong khi một số khác thì khơng? Để trả lời câu hỏi này, chúng ta cần hiểu biết tốt hơn về cơ chế suy giảm ở từng linh kiện, từng bộ phận cũng như trong cả mơ-đun hồn chỉnh. Ví dụ, việc thấm hơi nước qua vỏ bọc cũng làm suy giảm chất lượng. Nhiều nghiên cứu đ được tiến hành để điểu chỉnh và khảo sát chất lượng của các mơ-đun với PMT CIGS ở ngồi môi trường. Cho tới ngày nay, mức độ hiểu biết về các nguyên nhân làm suy giảm chất lượng là chưa đầy đủ và thiếu đồng bộ giữa các nghiên cứu thiết b và mơ-đun.
Tình hình nghiên cứu và sử dụng PMT tại Việt Nam đ được thể hiện khá đầy đủ tại ội thảo quốc tế về Điện mặt trời công nghiệp từ sản xuất chế tạo đến
khai thác hiệu quả tổ chức tại thành phố ồ Chí inh vào tháng 9 năm 8. Tại Việt Nam, nghiên cứu PMT đ từng được ắt đầu từ khá sớm trên đối tượng PMT silic Việc sử dụng PMT c n ở mức độ hạn chế Thời gian gần đ y, quy mô sử dụng PMT đang được phát triển nhanh chóng nhưng vẫn trên cơ sở loại pin silic thường được nhập từ nước ngoài dưới dạng án thành phẩm hoặc thành phẩm
Trước nhu cầu lớn về PMT, đặc iệt nhu cầu phục vụ các v ng s u, v ng xa, hải đảo, tầu đánh cá, gần đ y nhất, một số nhà máy sản xuất mô-đun PMT loại silic đ được khởi công x y dựng tại Việt Nam với d y chuyền công nghệ hoàn toàn được nhập khẩu ột số công ty trong nước cũng đ cho ra mắt các sản phẩm phục vụ ngành điện mặt trời như các thiết lưu điện, thiết chuyển đổi điện ăcqui thành điện lưới Như vậy điện mặt trời có nhu cầu và tiềm năng rất lớn ở nước ta Các thông tin trên cũng cho thấy PMT với lớp hấp thụ trên cơ sở màng mỏng CIGS là l nh vực rất mới mẻ ở Việt Nam
1.2 Nguyên lý hoạt động của PMT CIGS
1.2.1 Cơ sở lý thuyết
Hình 1.2 mơ tả sự hình thành của lớp tiếp xúc p-n khi cho hai lớp bán dẫn loại n và p tiếp xúc với nhau [4, 5].
Các nguyên tử trong một chất bán dẫn dưới ánh sáng mặt trời sẽ hấp thụ các photon từ bức xạ mặt trời. Nếu năng lượng các photon là đủ lớn, một điện tử ở vùng hóa tr sẽ sử dụng năng lượng hấp thụ được để nhảy lên vùng dẫn nơi mà nó được tự do trong chất bán dẫn. Dưới tác dụng của một điện trường các điện tử này đi đến các điện cực để tạo thành d ng Năng lượng của điện tử cần để nhảy từ vùng hóa tr lên vùng dẫn được gọi là độ rộng vùng cấm của bán dẫn. Để một PMT làm việc được cần phải có hai loại bán dẫn: bán dẫn loại n và bán dẫn loại p Trong đó loại n là loại được pha tạp các tạp chất mà có dư điện tử và loại p là loại thiếu điện tử tạo nên các lỗ trống. Khi hai bán dẫn được đặt tiếp xúc nhau gọi là lớp tiếp xúc p-n thì các điện tử từ bán dẫn loại n sẽ khuếch tán sang bán dẫn loại p để lại các lỗ trống phía sau cho đến khi đủ điện tử được làm giàu ở bán dẫn loại p và đủ lỗ trống được
tạo nên ở loại n và một điện trường ngược được hình thành rồi đạt đến trạng thái cân b ng.