Nghiên cứu động học quá trình lắng đọng lớp hấp thụ của pin mặt trời màng CIGS trong phương pháp điện hóa

• Tác giả: Đặng Thị Bích Hợp
• Người hướng dẫn: Pgs. Phạm Hồng Quang
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Vật lý Nhiệt
• Đề tài: Nghiên cứu động học quá trình lắng đọng lớp hấp thụ của pin mặt trời màng CIGS trong phương pháp điện hóa
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ PIN MẶT TRỜI MÀNG MỎNG CIGS
• 1.1. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của PMT dựa trên lớp hấp thụ CIGS
• 1.2. Cấu trúc cơ bản của PMT dựa trên lớp hấp thụ CIGS
• 1.3. Sơ đồ vùng năng lượng của PMT dựa trên lớp hấp thụ CIGS
• 1.4. Nguyên lý hoạt động của PMT dựa trên lớp hấp thụ CIGS
• 1.5. Đặc trưng dòng-thế (I-V) của PMT
• 1.6. Lớp hấp thụ CIGS
• 1.7. Tính chất quang điện
• 1.8. Sự hấp thụ ánh sáng
• 1.9. Sự phụ thuộc của độ rộng vùng cấm vào thành phần của CIGS
• 1.10. Cấu trúc tinh thể
• 1.11. Giản đồ pha và các thông số nhiệt động học
• 1.12. Một số phương pháp lắng đọng chế tạo màng mỏng CIGS
• 1.13. Đồng bốc bay từ các nguồn nguyên tố
• 1.14. Selen hóa của lớp tiền chất kim loại
• 1.15. Bốc bay từ các nguồn hợp chất
• 1.16. Lắng đọng hơi hóa học
• 1.17. Phương pháp lắng đọng điện hóa một bước chế tạo màng mỏng CIGS
• 1.18. Cơ chế lắng đọng màng CIGS
• 1.19. Vai trò của các tham số trong lắng đọng điện hóa màng CIGS
• 1.20. Nhiệt động học quá trình lắng đọng điện hóa màng mỏng
• 1.21. Động học điện cực
• 1.22. Quá trình lắng đọng điện hóa của các hợp chất
• 2. CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
• 2.1. Phương pháp chế tạo mẫu
• 2.2. Nghiên cứu cơ chế lắng đọng màng CIGS
• 2.3. Kỹ thuật Vol-Ampe Vòng (Cyclic Voltammetry - CV)
• 2.4. Kỹ thuật cân vi lượng tinh thể thạch anh trong điện hóa (EQCM)
• 2.5. Nghiên cứu cấu trúc và hình thái bề mặt của màng mỏng
• 2.6. Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) và phổ tán sắc năng lượng (EDS)
• 2.7. Phân tích cấu trúc tinh thể bằng phương pháp nhiễu xạ tia X
• 2.8. Đo độ dày màng mỏng bằng phương pháp Stylus Profiler
• 2.9. Đo đặc trưng quang - điện
• 2.10. Kỹ thuật ủ xử lý nhiệt
• 3. CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Nghiên cứu cơ chế tạo pha CuSex trong quá trình điện hóa bằng phương pháp EQCM
• 3.2. Thực nghiệm phép đo EQCM kết hợp CV và lắng đọng màng CuSex
• 3.3. Vai trò của chất tạo phức axit sulfamic trong sự tạo pha CuSex trong chế độ quét thế
• 3.4. Cơ chế lắng đọng của Cu - Nghiên cứu EQCM kết hợp CV
• 3.5. Cơ chế lắng đọng của hệ Cu –Se. Nghiên cứu EQCM kết hợp CV
• 3.6. Vai trò của chất axit sulfamic trong sự tạo pha CuSex trong chế độ thế không đổi
• 3.7. Lắng đọng tại thế không đổi
• 3.8. Thành phần của các mẫu lắng đọng ở chế độ thế không đổi
• 3.9. Nghiên cứu lắng đọng Ga (hệ CuGaSe2) trên các đế Mo và ITO
• 3.10. Thực nghiệm về lắng đọng Ga (hệ CuGaSe2) trên các đế Mo và ITO
• 3.11. Các kết quả CV
• 3.12. Đặc trưng I-V của các đơn chất Cu, Ga và Se
• 3.13. Đặc trưng I-V của hệ 3 nguyên Cu-Ga-Se. Kết quả lắng đọng của màng CuGaSe2
• 3.14. Nghiên cứu cơ chế lắng đọng điện hóa màng mỏng CIGS bằng phương pháp Vol-Ampe Vòng (CV)
• 3.15. Thực nghiệm về lắng đọng điện hóa màng mỏng CIGS bằng phương pháp Vol-Ampe Vòng (CV)
• 3.16. Ảnh hưởng của nồng độ chất tạo phức axit sulfamic lên quá trình lắng đọng điện hóa lớp hấp thụ CIGS - Các kết quả CV
• 3.17. Đặc trưng I-V của các đơn chất Cu, Ga, In và Se
• 3.18. Đặc trưng I-V của hệ 2 nguyên Cu- Se
• 3.19. Đặc trưng I-V của hệ bốn Cu-In-Ga-Se
• 3.20. Ảnh hưởng của nồng độ chất tạo phức axit sulfamic acid lên thành phần màng CIGS
• 3.21. Ảnh hưởng của nồng độ axit sulfamic lên thành phần màng mỏng CIGS trước khi xử lý nhiệt
• 3.22. Ảnh hưởng của nồng độ axit sulfamic lên thành phần màng mỏng CIGS sau khi xử lý nhiệt
• 3.23. Ảnh hưởng của nồng độ axit sulfamic lên độ dày, hình thái học và độ kết tinh màng CIGS
• 3.24. Chế tạo màng mỏng CIGS với hợp thức Cu(In0.3)Se2 và khảo sát đặc trưng quang điện
• 3.25. Thực nghiệm chế tạo màng mỏng CIGS với hợp thức Cu(In0.3)Se2 và khảo sát đặc trưng quang điện
• 3.26. Chế tạo màng mỏng CIGS với hợp thức Cu(In0
• 3.27. Sự phụ thuộc vào điện thế của thành phần màng CIGS
• 3.28. Ảnh hưởng của nồng độ ion Cu2+ lên thành phần màng CIGS
• 3.29. Chế tạo thử nghiệm tế bào PMT đơn giản dựa trên màng mỏng CIGS với hợp thức Cu(In0
• 3.30. Cấu tạo của PMT Al/CIGS/ITO/soda-lime glass
• 3.31. Nguyên lý hoạt động của PMT Al/CIGS/ITO/soda-lime glass
• 3.32. Khảo sát đặc trưng quang điện
• KẾT LUẬN CHƯƠNG III
• KẾT LUẬN CHUNG
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về nghiên cứu động học lắng đọng lớp hấp thụ CIGS

Nghiên cứu động học lắng đọng lớp hấp thụ pin mặt trời CIGS trong phương pháp điện hóa là một lĩnh vực đang thu hút sự quan tâm lớn từ cộng đồng khoa học. CIGS, viết tắt của Copper Indium Gallium Selenide, là một loại vật liệu bán dẫn có tiềm năng cao trong việc chế tạo pin mặt trời hiệu suất cao. Việc hiểu rõ về động học lắng đọng của lớp hấp thụ này sẽ giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao hiệu suất quang điện của pin mặt trời.

1.1. Đặc điểm và cấu trúc của lớp hấp thụ CIGS

Lớp hấp thụ CIGS có cấu trúc tinh thể phức tạp, với khả năng hấp thụ ánh sáng cao. Đặc điểm này giúp tăng cường hiệu suất chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng. CIGS có hệ số hấp thụ ánh sáng lên đến 1 × 10^5/cm, cho phép nó hoạt động hiệu quả ngay cả với độ dày rất mỏng.

1.2. Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời CIGS

Pin mặt trời CIGS hoạt động dựa trên hiệu ứng quang điện, nơi ánh sáng mặt trời được chuyển đổi thành điện năng. Nguyên lý này dựa trên sự tạo ra cặp điện tử-lỗ trống trong lớp hấp thụ khi bị chiếu sáng, từ đó tạo ra dòng điện.

II. Thách thức trong nghiên cứu động học lắng đọng lớp hấp thụ CIGS

Mặc dù CIGS có nhiều ưu điểm, nhưng việc nghiên cứu động học lắng đọng lớp hấp thụ này vẫn gặp nhiều thách thức. Các yếu tố như điều kiện lắng đọng, nồng độ dung dịch và điện thế lắng đọng đều ảnh hưởng đến chất lượng lớp hấp thụ. Việc tối ưu hóa các yếu tố này là rất quan trọng để đạt được hiệu suất cao nhất.

2.1. Ảnh hưởng của điều kiện lắng đọng đến chất lượng lớp hấp thụ

Điều kiện lắng đọng như nhiệt độ, áp suất và thời gian lắng đọng có thể ảnh hưởng lớn đến cấu trúc và tính chất quang điện của lớp hấp thụ CIGS. Nghiên cứu cho thấy rằng việc điều chỉnh các điều kiện này có thể cải thiện đáng kể hiệu suất của pin mặt trời.

2.2. Vai trò của nồng độ dung dịch trong quá trình lắng đọng

Nồng độ dung dịch cũng là một yếu tố quan trọng trong quá trình lắng đọng. Nghiên cứu cho thấy rằng nồng độ ion Cu2+ trong dung dịch có thể ảnh hưởng đến thành phần và cấu trúc của lớp hấp thụ CIGS, từ đó tác động đến hiệu suất quang điện.

III. Phương pháp điện hóa trong nghiên cứu lắng đọng CIGS

Phương pháp điện hóa là một trong những kỹ thuật chính được sử dụng để lắng đọng lớp hấp thụ CIGS. Kỹ thuật này cho phép kiểm soát chính xác quá trình lắng đọng và cải thiện chất lượng lớp hấp thụ. Việc áp dụng các phương pháp như Cyclic Voltammetry (CV) và Electrochemical Quartz Crystal Microbalance (EQCM) đã cho thấy hiệu quả cao trong việc nghiên cứu động học lắng đọng.

3.1. Kỹ thuật Cyclic Voltammetry CV trong lắng đọng CIGS

Cyclic Voltammetry là một kỹ thuật điện hóa cho phép theo dõi quá trình lắng đọng lớp hấp thụ CIGS. Kỹ thuật này giúp xác định các thông số quan trọng như dòng điện và điện thế, từ đó đánh giá được động học lắng đọng.

3.2. Kỹ thuật EQCM trong nghiên cứu lắng đọng

Kỹ thuật EQCM cho phép đo lường sự thay đổi khối lượng của lớp hấp thụ trong quá trình lắng đọng. Điều này giúp hiểu rõ hơn về cơ chế lắng đọng và các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng lớp hấp thụ CIGS.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn của lớp hấp thụ CIGS

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa quá trình lắng đọng lớp hấp thụ CIGS có thể nâng cao hiệu suất quang điện của pin mặt trời. Các ứng dụng thực tiễn của pin mặt trời CIGS đang ngày càng mở rộng, từ các hệ thống năng lượng mặt trời quy mô lớn đến các thiết bị điện tử cầm tay.

4.1. Hiệu suất quang điện của pin mặt trời CIGS

Nghiên cứu cho thấy pin mặt trời CIGS có thể đạt hiệu suất chuyển đổi lên đến 20% trong điều kiện phòng thí nghiệm. Điều này mở ra nhiều cơ hội cho việc phát triển các ứng dụng năng lượng mặt trời hiệu quả hơn.

4.2. Ứng dụng của pin mặt trời CIGS trong thực tiễn

Pin mặt trời CIGS đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ năng lượng tái tạo cho đến các thiết bị điện tử. Với chi phí sản xuất thấp và hiệu suất cao, CIGS hứa hẹn sẽ là một lựa chọn lý tưởng cho tương lai.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu CIGS

Nghiên cứu động học lắng đọng lớp hấp thụ CIGS trong phương pháp điện hóa không chỉ giúp nâng cao hiệu suất của pin mặt trời mà còn mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới. Tương lai của pin mặt trời CIGS rất hứa hẹn, với khả năng ứng dụng rộng rãi và tiềm năng phát triển lớn.

5.1. Tương lai của pin mặt trời CIGS

Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, pin mặt trời CIGS có thể đạt được hiệu suất cao hơn nữa trong tương lai. Nghiên cứu và phát triển các phương pháp lắng đọng mới sẽ là chìa khóa để đạt được điều này.

5.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực CIGS

Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc cải thiện chất lượng lớp hấp thụ và tối ưu hóa quy trình sản xuất. Điều này sẽ giúp nâng cao hiệu suất và giảm chi phí sản xuất, từ đó thúc đẩy sự phát triển của pin mặt trời CIGS.