I. Tổng quan về pin mặt trời CZTSSe và CIGSSe
Luận án tập trung vào nghiên cứu khoa học và chế tạo pin năng lượng mặt trời sử dụng hai loại vật liệu bán dẫn là CZTSSe và CIGSSe. Cả hai vật liệu này đều thuộc họ chalcopyrite, có tiềm năng lớn trong việc nâng cao hiệu suất pin mặt trời và giảm chi phí sản xuất. CZTSSe và CIGSSe được chọn vì chúng có khả năng hấp thụ ánh sáng tốt, độ bền cao và thân thiện với môi trường. Luận án cũng đề cập đến công nghệ quang điện và các phương pháp chế tạo pin mặt trời hiện đại, nhằm tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao hiệu suất.
1.1. Giới thiệu về pin mặt trời
Pin mặt trời là thiết bị chuyển đổi năng lượng tái tạo từ ánh sáng mặt trời thành điện năng. Luận án giới thiệu các loại pin mặt trời phổ biến như pin mặt trời silic, CIGSSe, và CZTSSe, đồng thời so sánh hiệu suất và ứng dụng của chúng. Công nghệ quang điện đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các loại pin này, đặc biệt là trong bối cảnh phát triển bền vững và giảm thiểu tác động môi trường.
1.2. Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời
Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời dựa trên hiện tượng quang điện, trong đó ánh sáng chiếu vào vật liệu bán dẫn tạo ra các cặp điện tử - lỗ trống. Luận án phân tích chi tiết quá trình này, đặc biệt là trong các vật liệu CZTSSe và CIGSSe. Các thông số quan trọng như thế hở mạch (VOC), mật độ dòng điện ngắn mạch (JSC), và hệ số điền đầy (FF) được đề cập để đánh giá hiệu suất của pin.
II. Nghiên cứu chế tạo lớp điện cực dưới bằng Molybdenum
Luận án trình bày quy trình chế tạo pin năng lượng mặt trời với lớp điện cực dưới được làm từ Molybdenum (Mo). Phương pháp phún xạ được sử dụng để tạo màng Mo với độ dày và độ bám dính tối ưu. Các thí nghiệm được thực hiện để đánh giá cấu trúc, hình thái bề mặt và tính chất điện của màng Mo trước và sau quá trình selen hóa. Kết quả cho thấy màng Mo 2 lớp và 3 lớp có độ bền và hiệu suất cao hơn so với màng 1 lớp.
2.1. Phương pháp phún xạ tạo màng Mo
Phương pháp phún xạ sử dụng nguồn DC và RF được áp dụng để tạo màng Mo. Luận án mô tả chi tiết quy trình phún xạ, bao gồm các thông số kỹ thuật như áp suất, công suất và thời gian phún xạ. Kết quả phân tích bằng FESEM và XRD cho thấy màng Mo có cấu trúc tinh thể đồng nhất và độ bám dính tốt trên đế thủy tinh.
2.2. Đánh giá tính chất điện của màng Mo
Sau quá trình selen hóa, màng Mo được đánh giá về tính chất điện thông qua đo điện trở bề mặt và điện trở suất. Kết quả cho thấy màng Mo 2 lớp và 3 lớp có điện trở thấp hơn so với màng 1 lớp, điều này giúp cải thiện hiệu suất của pin mặt trời. Luận án cũng đề xuất các cải tiến trong quy trình phún xạ để tối ưu hóa tính chất điện của màng Mo.
III. Nghiên cứu chế tạo lớp điện cực cửa sổ
Lớp điện cực cửa sổ đóng vai trò quan trọng trong việc truyền ánh sáng và dẫn điện trong pin mặt trời. Luận án tập trung vào việc chế tạo lớp điện cực cửa sổ bằng phương pháp ALD (Atomic Layer Deposition) và phún xạ. Các vật liệu như AgNW/ZnO và ZnO/ITO được nghiên cứu để đạt được độ truyền qua cao và điện trở thấp. Kết quả cho thấy màng AgNW/ZnO có hiệu suất tốt hơn so với màng ZnO/ITO.
3.1. Phương pháp ALD tạo màng AgNW ZnO
Phương pháp ALD được sử dụng để tạo màng AgNW/ZnO với độ dày và độ truyền qua tối ưu. Luận án mô tả chi tiết quy trình ALD, bao gồm các giai đoạn đưa tiền chất vào buồng phản ứng và tạo lớp vật liệu. Kết quả phân tích bằng FESEM và UV-VIS cho thấy màng AgNW/ZnO có độ truyền qua cao và điện trở thấp, phù hợp cho ứng dụng trong pin mặt trời.
3.2. Phương pháp phún xạ tạo màng ZnO ITO
Phương pháp phún xạ được áp dụng để tạo màng ZnO/ITO với các thông số kỹ thuật như áp suất, công suất và thời gian phún xạ. Kết quả phân tích cho thấy màng ZnO/ITO có độ truyền qua và điện trở tương đối tốt, nhưng không vượt trội so với màng AgNW/ZnO. Luận án đề xuất các cải tiến trong quy trình phún xạ để nâng cao hiệu suất của màng ZnO/ITO.
IV. Nghiên cứu tổng hợp hạt nano CZTS và CIGS
Luận án trình bày quy trình tổng hợp hạt nano CZTS và CIGS bằng phương pháp phun nóng và selen hóa. Các hạt nano được sử dụng để tạo lớp hấp thụ ánh sáng trong pin mặt trời. Kết quả phân tích bằng XRD, FESEM và EDS cho thấy hạt nano CZTS và CIGS có cấu trúc tinh thể đồng nhất và khả năng hấp thụ ánh sáng tốt. Luận án cũng đề xuất các cải tiến trong quy trình tổng hợp để tối ưu hóa tính chất quang của hạt nano.
4.1. Phương pháp phun nóng tổng hợp hạt nano
Phương pháp phun nóng được sử dụng để tổng hợp hạt nano CZTS và CIGS với các thông số kỹ thuật như nhiệt độ, thời gian và tỉ lệ nguyên liệu. Kết quả phân tích bằng XRD và FESEM cho thấy hạt nano có kích thước đồng đều và cấu trúc tinh thể ổn định. Luận án cũng đề xuất các cải tiến trong quy trình phun nóng để nâng cao chất lượng hạt nano.
4.2. Phương pháp selen hóa tạo lớp hấp thụ ánh sáng
Phương pháp selen hóa được áp dụng để tạo lớp hấp thụ ánh sáng CZTSSe và CIGSSe từ các hạt nano CZTS và CIGS. Kết quả phân tích bằng XRD và FESEM cho thấy lớp hấp thụ ánh sáng có cấu trúc tinh thể đồng nhất và khả năng hấp thụ ánh sáng tốt. Luận án cũng đề xuất các cải tiến trong quy trình selen hóa để tối ưu hóa tính chất quang của lớp hấp thụ ánh sáng.
V. Hoàn thiện tế bào pin mặt trời CZTSSe và CIGSSe
Luận án trình bày quy trình hoàn thiện tế bào pin mặt trời sử dụng vật liệu CZTSSe và CIGSSe. Các thí nghiệm được thực hiện để đánh giá hiệu suất của pin thông qua đo đặc trưng I-V. Kết quả cho thấy pin mặt trời CZTSSe và CIGSSe đạt hiệu suất cao, phù hợp cho ứng dụng thực tế. Luận án cũng đề xuất các cải tiến trong quy trình chế tạo để nâng cao hiệu suất và độ bền của pin.
5.1. Đo đặc trưng I V của pin mặt trời
Đặc trưng I-V được sử dụng để đánh giá hiệu suất của pin mặt trời CZTSSe và CIGSSe. Kết quả đo đặc trưng I-V cho thấy pin mặt trời đạt hiệu suất cao, với các thông số như thế hở mạch (VOC), mật độ dòng điện ngắn mạch (JSC), và hệ số điền đầy (FF) đều ở mức tối ưu. Luận án cũng đề xuất các cải tiến trong quy trình đo đặc trưng I-V để nâng cao độ chính xác của kết quả.
5.2. Ứng dụng thực tế của pin mặt trời CZTSSe và CIGSSe
Pin mặt trời CZTSSe và CIGSSe có tiềm năng lớn trong việc ứng dụng thực tế, đặc biệt là trong các hệ thống năng lượng tái tạo và công nghệ xanh. Luận án đề xuất các hướng nghiên cứu tiếp theo để tối ưu hóa hiệu suất và giảm chi phí sản xuất pin mặt trời, nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về năng lượng sạch và bền vững.
