2. Ứng dụng màng ZnO:Al trong pin mặt trời vô cơ
2.2. Kết quả và thảo luận về pin mặt trời vô cơ
2.2.3.2. Đối với mẫu pin cú độ dày 200àm
Kết quả đặc trưng I-V (hình II.2.19 và hình II.2.20) của mẫu pin có độ dày 200àm trước và sau khi phủ màng AZO được trỡnh bày ở bảng II.2.5, cho thấy:
Bảng II.2.5: Cỏc thụng số cơ bản của pin 200àm trước và sau khi phủ AZO
Mẫu Voc(V) Isc(mA) Pmax(mW) FF η(%)
200-0 lớp 0,49 4,2 0,5 0,28 1,0
200-2 lớp 0,50 12 1,74 0,29 3,48
200-4 lớp 0,38 8 0,8 0,26 1,6
Sau khi phủ 2 lớp màng AZO, giá trị dòng đoản mạch tăng đáng kể nhưng thế mạch hở không thay đổi nhiều lắm (Voc=0,5V, Isc=4,2mA).
Điều này cho thấy, màng AZO chúng tôi phủ lên pin có độ dày tương đối lớn nên làm cho thế mạch hở hầu như không tăng mà chỉ có dòng đoản mạch tăng do tác dụng của chế độ ủ nhiệt sơ bộ. Tuy nhiên, hiệu suất cũng tăng đáng kể (3,48 lần).
Hỡnh II.2. 19: Đặc trưng I-V của pin cú độ dày 200àm sau khi phủ 2 lớp ZnO Tương tự như đối với pin cú độ dày 400àm, chỳng tụi cũng khảo sỏt trong trường hợp phủ 4 lớp AZO thì nhận thấy rằng, cả thế mạch hở và dòng đoãn mạch đều giảm hơn so với khi chúng tôi phủ 2 lớp AZO (Voc=0,38V, Isc=8mA) (hình II.2.20).
Điều này hoàn toàn phù hợp với giải thích ở phần trên (II-2.2.3.1)
Hỡnh II.2.20: Đặc trưng I-V của pin cú độ dày 200àm sau khi phủ 4 lớp ZnO
Pmax=1,74mW
FF=0,3 η η η η=3,48
Voc = 0,5 V Isc =12mA
Pmax=0,8mW
Voc = 0,38 V Isc =8mA FF=0,26
η ηη η=1,6
Hỡnh II.2. 21: Đặc trưng I-V của pin 200 àm trước và sau khi phủ ZnO
Núi chung, pin cú độ dày 200àm sẽ cho hiệu suất tốt hơn do sự tỏi hợp theo độ dày pin giảm và hiệu suất sẽ tăng đáng kể khi được phủ màng AZO (tăng 3,48 lần) nhưng phải lựa chọn thông số độ dày màng phù hợp. Việc chọn thông số độ dày màng AZO mang tính chất quyết định khi muốn làm tăng hiệu suất pin bằng phương pháp dùng màng AZO làm lớp chống phản xạ và truyền điện tử. Để lý giải sâu hơn vì sao có ngưỡng độ dày của lớp AZO trong quá trình chế tạo pin cần phải có các nghiên cứu sâu hơn, nằm ngoài khuôn khổ của luận văn Cao học.
Đề tài thực hiện với mục đích chế tạo màng AZO, pin mặt trời có cấu trúc p-n trên cơ sở đế nền p-Si và khảo sát các thông số chế tạo màng AZO tốt nhất để ứng dụng làm lớp chống phản xạ và truyền điện tử cho pin mặt trời. Đề tài đã đạt được một số kết quả như sau:
Tìm hiểu lý thuyết về các đặc trưng của màng AZO, nguyên lí, cấu trúc của pin mặt trời, vật liệu Si và pha tạp Si . Từ đó, so sánh và đưa ra phương pháp chế tạo thích hợp (chế tạo màng AZO bằng phương pháp Sol-gel, tạo lớp n+ Si và p+Si bằng phương pháp khuếch tán nhiệt)
Tìm hiểu về tiêu chuNn của màng chống phản xạ và truyền điện tử để khảo sát các thông số chế tạo và chọn lựa theo yêu cầu đặt ra. (màng trong suốt, có cấu trúc xốp và độ dẫn bề mặt cao)
Về thực nghiệm, tìm các điều kiện chế tạo màng AZO với phương pháp Sol-gel, tạo lớp n+ Si và p+Si bằng phương pháp khuếch tán nhiệt. Khảo sát tính Ohmic giữa bán dẫn với điện cực. Trên cơ sở đó chế tạo PMT cơ bản và khảo sát ảnh hưởng của màng AZO trên chúng. Quá trình nghiên cứu trên với nhiều thông số kỹ thuật khác nhau: chế độ ủ nhiệt, môi trường ủ, dung môi…như đã trình bày trong phần Thực nghiệm, chúng tôi đã đạt được các kết quả cụ thể với các thông số chế tạo như sau:
Về màng AZO:
Màng AZO được chế tạo với các thông số khảo sát: chế độ ủ nhiệt, nồng độ pha tạp, dung môi, chất tạo phức, tỉ lệ môi của chất tạo phức và đế cho kết quả tốt nhất là màng A21ED1,5-C. Có nghĩa là màng sử dụng các thông số chế tạo như sau:
• Chế độ ủ nhiệt: 2 lần (lần 1: 5000C trong không khí cho mỗi lớp với thời gian ủ là 1 giờ. Lần 2 ủ 500oC trong chân không 10-5torr với thời gian ủ nhiệt là 1 giờ)
• Nồng độ pha tạp Al3+/Zn2+ là 1%
• Dung môi: Ethanol
• Chất tạo phức: DEA
• Tỉ lệ mol giữa Zn2+ và DEA: r=1,5
• Đế dùng để phủ màng: thủy tinh Corning
Với các thông số chế tạo đó màng thành phNm đạt được các giá trị:
• Độ truyền qua của màng đạt trên 85%
• Độ dẫn: 132Ω
• Độ dày màng vào cỡ 200nm Về pin mặt trời:
Pin có cấu trúc p-n được chế tạo trên cở sở đế p-Si có hiệu suất đạt được 1% với các thông số chế tạo:
• Lớp n+: P900CK (pha tạp Photpho bằng phương pháp khuếch tán nhiệt ở nhiệt độ 9000C trong môi trường chân không. Thời gian ủ nhiệt là 2 giờ)
• Lớp p+: A500N ( pha tạp Nhôm bằng phương pháp khuếch tán nhiệt ở nhiệt độ 5000C trong môi trường Nitơ. Thời gian ủ nhiệt là 2 giờ)
• Catốt và anot: vật liệu Al và chế tạo bằng phương pháp bốc bay
• Độ dày pin 200àm
Sự ảnh hưởng của màng AZO đối với hiệu suất của pin:
Pin với hiệu suất 1%, sau khi được phủ màng AZO trong vai trò lớp chống phản xạ và truyền điện tử thì hiệu suất tăng lên 3,48 lần. Điều đó, có nghĩa là hiệu suất của pin đạt được 3,48%.
Hướng phát triển đề tài:
Khảo sát ảnh hưởng của độ dày và cấu trúc của lớp AZO đến hiệu suất của pin.
Tiếp tục nghiên cứu màng AZO với cấu trúc nanowire kết hợp với lớp silic vô định hình nhằm tăng khả năng hấp thụ và tạo điều kiện truyền điện tử đến điện cực là tốt nhất.