BỘ GIÁO DỤCĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
PHẠM ANH TUÂN
NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO PIN MẶT TRỜI
Cu(Zn,Sn)(S,Se)
2
VÀ Cu(In,Ga)(S,Se)
2
LUN ÁN TIN SĨ KHOA HC VT LIU
Hà Nội 2017
BỘ GIÁO DỤCĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
PHẠM ANH TUÂN
NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO PIN MẶT TRỜI
Cu(Zn,Sn)(S,Se)
2
VÀ Cu(In,Ga)(S,Se)
2
Chuyên ngành: Vật liệu điện tử
Mã số: 62440123
LUN ÁN TIN SĨ KHOA HC VT LIU
NGƯỜI HƯỚNG DN KHOA HC:
1. TS. NGUYN DUY CƯỜNG
2. TS. NGUYN VIT HƯNG
Hà Nội 2017
i
LI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cu ca tôi dưới s hướng dn ca:
TS. Nguyn Duy Cường TS. Nguyn Vit Hưng. Các kết qu nghiên cu được
trình bày trong lun án trung thc, khách quan chưa tng đượ c tác gi khác công
b.
Tp th giáo viên hướng dn Tác gi
ii
LI CM ƠN
Tôi xin bày t lòng biết ơn sâu sc gi li cm ơn ti TS. Nguyn Duy Cường
TS. Nguyn Vit Hưng, nhng người thy đã định hướng cho tôi tư duy khoa hc,
phương pháp nghiên cu và phương pháp thc nghim trong thi gian khong 1 năm
chun b đề cương nghiên cu trong sut quá trình thc hin lun án.
Tôi xin trân trng cm ơn Lãnh đạo trưng Đại hc Bách Khoa Ni, Vin
Đào to Sau Đại hc, Vin Tiên tiến Khoa hc Công Ngh (AIST) đã to điu kin
thun li cho tôi trong sut quá trình hc tp và nghiên cu.
Tôi xin gi li cm ơn ti Lãnh đạo Trường Đại hc Đin lc, Khoa K thut
đin cùng các anh ch em đồng nghip đã động viên, to điu kin thun li để tôi
hoàn thành nhim v và tp trung nghiên cu.
Tôi xin cm ơn các anh/ch cán b Vin AIST, các anh ch em nghiên cu
sinh Vin AIST Trường Đại hc Bách Khoa Ni đã cùng đồng hành, giúp đỡ,
khích l, động viên tôi trong quá trình hc tp và nghiên cu.
Tôi xin cm ơn s h tr kinh phí t đề tài s 103.02- 2013.36, do Quĩ phát trin
Khoa hc và Công ngh Quc gia (NAFOSTED) cp. Tôi xin cm ơn s h tr kinh
phí t ngun hc bng 911 do B Giáo dc và Đào to cp.
Cui cùng tôi xin dành nhng tình cm đặc bit và biết ơn ca mình đến b m,
v, các con; bng tình yêu, s cm thông, quan tâm chia s, đã cho tôi ngh lc,
to động lc cho tôi thc hin thành công lun án.
Hà Ni, ngày tháng năm 2017
Tác gi
Phm Anh Tuân
iii
MC LC 
LI CAM ĐOAN .................................................................................................................. i
LI CM ƠN ....................................................................................................................... ii
MC LC ............ .............................................................................................................. iii
DANH MC KÝ HIU VÀ CH VIT TT ................................................................ vii
DANH MC BNG ............................................................................................................ ix
DANH MC HÌNH V, ĐỒ TH ....................................................................................... x
M ĐẦU ............................................................................................................................... 1
1. Lý do chn đề tài .............................................................................................................. 1
2. Mc tiêu ca lun án ....................................................................................................... 3
3. Đối tượng và phm vi nghiên cu .................................................................................. 3
4. Ni dung nghiên cu ........................................................................................................ 3
5. Phương pháp nghiên cu ................................................................................................ 4
6. Ý nghĩa khoa hc và thc tin ca lun án .................................................................... 5
7. Nhng đóng góp mi ca lun án ................................................................................... 5
CHƯƠNG 1: TNG QUAN V PIN MT TRI CZTSSe VÀ CIGSSe........................8
1.1 Gii thiu v Pin mt tri .................................................................................... 8
1.1.1 Gii thiu chung v Pin mt tri ........................................................................ 8
1.1.2 Nguyên lý hot động ca Pin mt tri ............................................................. 10
1.1.3 Pin mt tri đơn lp và Pin mt tri đa lp ..................................................... 13
1.2 Đặc tính làm vic ca Pin mt tri (Đặc trưng I-V và J-V) ............................ 14
1.2.1 Đặc trưng I-V ca Pin mt tri khi không được chiếu sáng ............................ 15
1.2.2 Đặc trưng I-V ca Pin mt tri khi được chiếu sáng ....................................... 18
1.3 Các thông s đặc trưng ca Pin mt tri ......................................................... 19
1.3.1 Thế h mch (V
OC
) ........................................................................................... 20
1.3.2 Mt độ dòng đin ngn mch (J
SC
) .................................................................. 20
1.3.3 Đim làm vic có công sut ln nht (P
max
) .................................................... 21
1.3.4 H s đin đầy (FF) ......................................................................................... 22
1.3.5 Hiu sut (η) ..................................................................................................... 22
1.3.6 Đin tr ni tiếp (R
s
) và Đin tr shunt (R
sh
) ................................................... 23
1.4 Pin mt tri CZTSSe và CIGSSe ..................................................................... 24
1.4.1 Gii thiu chung............................................................................................... 24
1.4.2 Cu to chung và chc năng ca các lp trong Pin ......................................... 25
1.5 Lp đin cc dưới .............................................................................................. 27
iv
1.6 Lp đệm .............................................................................................................. 28
1.7 Lp đin cc ca s ........................................................................................... 29
1.8 Lp đin cc trên ............................................................................................... 30
1.9 Lp hp th ánh sáng CZTSSe và CIGSSe ..................................................... 30
1.9.1 Vt liu CZTSSe và CIGSSe ........................................................................... 30
1.9.2 Lp hp th ánh sáng CZTSSe và CIGSSe ..................................................... 31
1.9.2.1 Phương pháp đồng bc bay ...................................................................... 31
1.9.2.2 Phương pháp hoà tan bng Hydrazine ..................................................... 32
1.9.2.3 Phương pháp phún x .............................................................................. 32
1.9.2.4 Phương pháp phun ph nhit ................................................................... 32
1.9.2.5 Phương pháp in gt dung dch cha ht nano CZTS và CIGS ................ 33
1.9.2.6 Phương pháp đin hoá .............................................................................. 33
1.10 Kết lun ........................................................................................................... 34
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CU CH TO LP ĐIN CC DƯỚI..............................36
2.1 Gii thiu h phún x được dùng trong nghiên cu và chế to màng Mo ... 36
2.2 To màng Molybdenum 1 lp bng phún x s dng ngun DC ................. 38
2.2.1 Quy trình to màng Mo 1 lp bng phún x s dng ngun DC ..................... 38
2.2.2 Kết qu to màng Mo 1 lp bng phún x s dng ngun DC ........................ 38
2.3 Chế to màng Mo 2 lp bng phún x ngun DC, lp đệm 100 nm ............. 39
2.3.1 Quy trình chế to màng Mo 2 lp, bng phún x ngun DC, lp đệm 100 nm...39
2.3.2 Cu trúc và hình thái b mt màng Mo 2 lp ................................................... 40
2.3.3 Cu trúc và hình thái b mt màng Mo 2 lp sau khi Selen hoá ..................... 41
2.3.4 Thành phn nguyên t trong màng phún x Mo 2 lp sau khi Selen hoá ....... 43
2.3.5 Gin đồ XRD ca màng Mo 2 lp sau khi Selen hoá ...................................... 45
2.3.6 Đin tr b mt màng Mo 2 lp trước và sau khi Selen hoá ........................... 46
2.3.7 Kh năng bám dính ca màng Mo 2 lp trước và sau khi Selen hoá .............. 47
2.4 Chế to Màng Mo 3 lp, vi 200 nm phún x bng ngun RF bên trên ...... 47
2.4.1 Quy trình phún x to màng Mo 3 lp, vi 200 nm phún x bng ngun RF . 47
2.4.2 Kết qu đạt được .............................................................................................. 48
2.5 Kết lun ............................................................................................................... 49
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CU CH TO LP ĐIN CC CA S...........................50
3.1 Chế to lp đin cc ca s AgNW/ZnO bng phương pháp ALD .............. 50
3.1.1 Gii thiu phương pháp to màng bng ALD ................................................. 50
3.1.2 H ALD dùng cho nghiên cu to màng đin cc ca s ............................... 52
3.1.3 Quy trình to màng AgNW/ZnO ..................................................................... 53
v
3.1.4 Phân tích kết qu to màng AgNW/ZnO bng ALD ....................................... 54
3.1.4.1 nh FESEM b mt màng ....................................................................... 54
3.1.4.2 Ph truyn qua và độ lch truyn qua ca các màng ............................... 56
3.1.4.3 Đin tr b mt và độ lch đin tr b mt ca các màng ....................... 58
3.1.4.4 Độ tương quan gia h s truyn qua và đin tr b mt ........................ 59
3.1.5 Phân tích lý do gim ca đin tr màng AgNW/ZnO so vi màng AgNW .... 60
3.1.6 Ph XPS ........................................................................................................... 61
3.2 Nghiên cu chế to màng đin cc ca s ZnO/ITO bng phương pháp phún
x...................................................................................................................................... 62
3.3 Kết lun ............................................................................................................... 63
CHƯƠNG 4: NGHIÊN CU CH TO LP HP TH ÁNH SÁNG CZTSSe,
CIGSSe; VÀ HOÀN THIN T BÀO PIN MT TRI ............................................... 65
4.1 Nghiên cu chế to ht nano CZTS, CIGS và to mc in nano .................... 65
4.1.1 Gii thiu phương pháp nghiên cu ................................................................ 65
4.1.2 Phương pháp phun nóng (hot-injection method) để to ht nano CZTS
CIGS.............................................................................................................................66
4.1.3 Phương pháp phân tán to mc in cha các ht nano CZTS và CIGS ............ 67
4.1.4 Quy trình tng hp ht nano CZTS, CIGS và to mc in nano ....................... 67
4.1.5 Kết qu nghiên cu tng hp ht nano CZTS ................................................. 69
4.1.5.1 Gin đồ XRD ........................................................................................... 69
4.1.5.2 nh FESEM ............................................................................................. 70
4.1.5.3 Ph EDS ................................................................................................... 71
4.1.5.4 Ph hp th ánh sáng ............................................................................... 74
4.1.5.5 Kết lun .................................................................................................... 75
4.1.6 Kết qu nghiên cu tng hp ht nano CIGS .................................................. 75
4.2 Chế to lp hp th ánh sáng CZTSSe và CIGSSe ........................................ 79
4.2.1 Gii thiu phương pháp ................................................................................... 79
4.2.2 Phương pháp in gt mc in nano để to màng CZTS và CIGS ....................... 80
4.2.3 Phương pháp Selen hoá màng CZTS và CIGS để to màng CZTSSe
CIGSSe.........................................................................................................................80
4.2.4 Nghiên cu chế to màng CZTSSe bng Selen hoá màng CZTS .................... 81
4.2.4.1 Gin đồ XRD màng CZTS và CIGSSe trên đế Mo ................................. 82
4.2.4.2 nh FESEM và kết qu phân tích EDS ................................................... 83
4.2.5 Nghiên cu chế to màng CIGSSe bng Selen hoá màng CIGS ..................... 87
4.2.5.1 Gin đồ XRD màng CIGSSe ................................................................... 87
vi
4.2.5.2 nh FESEM màng CIGSSe ..................................................................... 88
4.2.5.3 Ph EDS màng CIGSSe và t l Se/(S+Se) .............................................. 90
4.3 Hoàn thin tế bào Pin mt tri CZTSSe và CIGSSe ...................................... 91
4.3.1 Kết qu đo đặc trưng J-V ca Pin mt tri CZTSSe ........................................ 92
4.3.2 Kết qu đo đặc trưng J-V ca Pin mt tri CIGSSe ........................................ 93
4.4 Kết lun ............................................................................................................... 96
KT LUN VÀ KIN NGH ........................................................................................... 97
DANH MC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG B CA LUN ÁN ........................... 99
TÀI LIU THAM KHO... ............................................................................................ 100
vii
DANH MC KÝ HIU VÀ CH VIT TT
Stt
Ký hiu
Tên tiếng Anh
Tên tiếng Vit
1
e
Electron
Đin t
2
E
V
Valence energy
Năng lượng vùng hoá tr
3
E
C
Conduction energy
Năng lượng vùng dn
4
E
F
Fermi energy
Năng lượng Fermi
5
E
g
Energy band gap
Độ rng vùng cm
6
FF
Fill factor
H s đin đầy
7
h
Hole
L trng
8
I
ngược
Dòng đin ngược
9
I
thun
Dòng đin thun
10
I
k.tán
Dòng đin khuếch tán
11
I
trôi
Dòng đin trôi
12
I
mp
Curent at maximum power
output
Dòng đin đim công sut cc
đại
13
I
SC
Short circuit current
Cường độ dòng ngn mch
14
J
mp
Current density at maximum
power output
Mt độ dòng đin ti đim phát
công sut cc đại
15
J
SC
Short circuit current density
Mt độ dòng ngn mch
16
k
B
Hng s Boltzmann
17
R
s
Serial resistance
Đin tr ni tiếp
18
R
sh
Shunt resistance
Đin tr song song (shunt)
19
R
bmt
Sheet resistance
Đin tr b mt
20
T
Transmitance
Độ truyn qua
21
U
S
Hiu đin thế tng
22
U
t.xúc
Hiu đin thế tiếp xúc
23
U
ngoài
Hiu đin thế ngoài
24
V
mp
Voltage at maximum power
output
Đin thế đim công sut cc đại
25
V
OC
Open circuit voltage
Đin thế h mch
26
WDC
Đơn v công sut ca ngun DC
27
WRF
Đơn v công sut ca ngun RF
28
r
Resistivity
Đin tr sut
29
h
Conversion efficiency of the
solar cell
Hiu sut chuyn đổi ca pin mt
tri
viii
30
λ
Wavelength
Bước sóng
31
W
Ohm
Đơn v đin tr
32
W/
Ohm per square
(Sheet Resistance Unit)
Đơn v đin tr b mt
33
Φ
H
Đại lượng Haccke
34
AM
Air Mass
H s lan truyn ánh sáng trong
khí quyn
35
AgNW
Màng dây nano Bc
36
AgNW/ZnO
Màng dây nano Bc ph ZnO
37
ALD
Atomic Layer Deposition
Lng đọng lp phân t
38
AZO
Aluminum-doped Zinc Oxide
Oxít km pha tp nhôm
39
CBD
Chemical Bath Deposition
Phương pháp nhúng
40
CdS
Cadmium sulfide
41
CIGSSe
Cu(In,Ga)(S,Se)
2
42
CIGS
Cu(In,Ga)S
2
43
CIS
CuInS
2
44
CZTSSe
Cu(Zn,Sn)(S,Se)
2
45
CZTS
Cu(Zn,Sn)S
2
46
DC
Direct Curent
Dòng mt chiu
47
EDS
Energy Dispersive X-ray
Tán sc năng lượng tia X
48
FESEM
Field Emission Scanning
Electron Microscope
Hin vi đin t quét phát x
trường
49
FTO
Fluorine-doped Tin Oxide
Oxít thiếc pha tp flo
50
ITO
Indium Tin Oxide
Oxít thiếc indium
51
JCPDS
Joint Committee on Powder
Diffraction Standards
y ban chung v tiêu chun nhiu
x ca vt liu
52
MFC
Mass Flow Controller
B điu khin lưu lượng khí
53
sccm
Standard Cubic Centimeters
per Minute
Đơn v chun cm
3
/ phút
54
SUN
SUN
Đơn v cường độ sáng
(100 mW/cm
2
)
55
RF
Radio Frequecy
Tn s radio
56
TCO
Transparent Conducting oxide
Oxít dn đin trong sut
57
UV-VIS
UV-VIS Spectrophotometer
Máy quang ph hp th UV-VIS
58
XRD
X-ray diffraction
Nhiu x tia X
59
XPS
X-ray Photoelectron
Spectroscopy
Ph kế quang đin t tia X
60
ZnO
Zinc Oxide
Oxít km
ix
DANH MC BNG
Bng 4-1: T l các nguyên t trong mu ht nano CZTS ng vi các nhit độ phun nóng
khác nhau. .................................................................................................................... 72!
Bng 4-2: T l các nguyên t trong mu ht nano CIGS ng vi các nhit độ phun nóng
khác nhau. .................................................................................................................... 76!
Bng 4-3: Các thông s đặc trưng Pin mt tri CZTSSe theo nhit độ Selen hoá. ............. 93!
Bng 4-4: Các thông s đặc trưng Pin mt tri CIGSSe theo lượng Se dùng Selen hoá. .... 94!
x
DANH MC HÌNH V, Đ TH
Hình 1-1: Hình nh v mt s loi Pin mt tri: Silic đa tinh th (a); Silic đơn tinh th (b);
CIGSSe (c); CZTSSe (d) ............................................................................................... 8!
Hình 1-2: Các loi Pin mt tri và hiu sut cao nht qua tng năm ................................. 10!
Hình 1-3: Vùng đin tích không gian ca tiếp xúc p-n. ...................................................... 11!
Hình 1-4: Gin đồ vùng năng lượng ca lp tiếp xúc p-n trong trng thái cân bng. ........ 12!
Hình 1-5: Gin đồ vùng năng lượng ca lp tiếp xúc p-n khi có ánh sáng chiếu. .............. 13!
Hình 1-6: Quá trình sinh cp và chuyn dch ca đin t-l trng ca Pin mt tri. ......... 13!
Hình 1-7: Cu trúc ca Pin mt tri đơn lp (a) và Pin mt tri đa lp (b). ....................... 14!
Hình 1-8: H thng đo đặc trưng I-V ca Pin mt tri. ...................................................... 15!
Hình 1-9: S thu hp vùng đin tích không gian ca Pin mt tri khi phân cc thun
không được chiếu sáng. ............................................................................................... 16!
Hình 1-10: Gin đồ năng lượng ca Pin mt tri khi phân cc thun không được chiếu
sáng. ............................................................................................................................. 16!
Hình 1-11: S m rng vùng đin tích không gian ca Pin mt tri khi phân cc ngược
không được chiếu sáng. ............................................................................................... 17!
Hình 1-12: Gin đồ năng lượng ca Pin mt tri khi phân cc ngược và không được chiếu
sáng. ............................................................................................................................. 18!
Hình 1-13: Đặc trưng I-V ca Pin mt tri. ........................................................................ 19!
Hình 1-14: Đặc trưng I-V ca Pin mt tri theo công sut chiếu sáng. .............................. 19!
Hình 1-15: Mch đin đo thế h mch và dòng đin ngn mch ca Pin mt tri. ............ 21!
Hình 1-16: Xác định đim P
max
trên: Đặc trưng I-V (a) và Đặc trưng P-V (b). ................. 21!
Hình 1-17: Ánh sáng mt tri ti trái đất (a); và mt s ph chun (b). ............................ 23!
Hình 1-18: Sơ đồ mch đin thay thế ca Pin mt tri khi xét R
s
và R
sh.
........................... 24!
Hình 1-19: Đường đặc trưng I-V ca mt Pin mt tri CIGSSe. ....................................... 25!
Hình 1-20: Cu trúc Pin mt tri CZTSSe và CIGSSe ....................................................... 26!
Hình 1-21: Gin đồ năng lượng Pin mt tri CZTSSe và CIGSSe . .................................. 27!
Hình 1-22: Cu trúc mng tinh th vt liu CZTS và CIGS: Kesterite (a); Stannite (b). ... 30!
Hình 1-23: Cu trúc Pin mt tri s được nghiên cu và chế to trong lun án. ................ 34!
Hình 2-1: H phún x ti Vin AIST. ................................................................................. 37!
Hình 2-2: Cu to và nguyên lý ca phún x. ..................................................................... 37!
Hình 2-3: Màng Mo 1 lp phún x bng ngun 150 WDC. ............................................... 38!
Hình 2-4: Màng Mo 2 lp, phún x bng ngun DC, lp đệm dày 100 nm. ...................... 39!
xi
Hình 2-5: nh FESEM mt ct b mt ca màng Mo 2 lp phún x áp sut 2 mtorr
(a,b) và 5 mtorr (c,d). ................................................................................................... 40!
Hình 2-6: nh FESEM mt ct b mt sau Selen hóa ca màng Mo 2 lp, áp sut phún
x 2 mtorr (a;b), 3 mtorr (c;d), 4 mtorr (e;f) và 5 mtorr (g;h). ..................................... 42!
Hình 2-7: Thành phn Se sau khi Selen hóa trong các màng Mo 2 lp. ............................. 43!
Hình 2-8: nh EDS line-Scan b mt sau khi Selen hóa ca màng Mo 2 lp. .................. 44!
Hình 2-9: Gin đồ XRD ca màng Mo 2 lp sau khi Selen hóa vi áp sut phún x 2 mtorr
(a), 3 mtorr (b), 4 mtorr (c), và 5 mtorr (d). ................................................................. 45!
Hình 2-10: Đin tr ca các màng Mo 2 lp: đin tr b mt (a) và đin tr sut (b). ...... 46!
Hình 2-11: Màng Mo 3 lp phún x bng ngun RF. ........................................................ 48!
Hình 2-12: nh FESEM b mt và mt ct màng Mo 3 lp: trước khi Selen hoá (a,b) và sau
Selen hoá (c,d). ............................................................................................................ 49!
Hình 3-1: Nguyên lý ALD, giai đon tin cht A được đưa vào bung ALD. ................... 51!
Hình 3-2: Nguyên lý ALD, giai đon tin cht B được đưa vào bung ALD. ................... 51!
Hình 3-3: Nguyên lý ALD, giai đon phn ng các tin cht để to lp vt liu cn ph. 51!
Hình 3-4: Màng vt liu được ph bng ALD trên đế sau mt s chu k. ......................... 52!
Hình 3-5: H ALD ti Vin AIST. ...................................................................................... 53!
Hình 3-6: Quy trình to màng AgNW/ZnO bng in gt to màng AgNW và ph ZnO bng
ALD. ............................................................................................................................ 54!
Hình 3-7: nh FESEM ca màng AgNW/ZnO theo s chu k ALD: 0 chu k (a,b); 100 chu
k (c,d); 200 chu k (e,f); 300 chu k (g,h); 400 chu k (i,j) và 500 chu k (k,l). ...... 55!
Hình 3-8: Độ truyn qua màng AgNW và AgNW/ZnO theo s chu k ALD khác nhau: 100
chu k (a); 200 (b); 300 (c); 400 (d); 500 chu k (e) và độ lch truyn qua (f). ......... 57!
Hình 3-9: Đin tr b mt ca các màng AgNW AgNW/ZnO vi theo s chu k ALD
(a) và độ lch đin tr (b). ............................................................................................ 58!
Hình 3-10: Đại lượng Haccke theo s chu k ALD. .......................................................... 59!
Hình 3-11: Sơ đồ mch đin tương đương ca màng AgNW/ZnO. ................................... 60!
Hình 3-12: Ph XPS màng AgNW/ZnO và các liên kết: Ag-O (a), Zn-O (b). ................... 62!
Hình 3-13: Ph truyn qua ca màng ZnO/ITO theo lượng O
2
dùng trong phún x. ......... 63!
Hình 4-1: Quy trình tng hp ht nano và to mc in CZTS. ............................................ 68!
Hình 4-2: Gin đồ XRD ca ht nano CZTS theo nhit độ phun nóng. ............................. 69!
Hình 4-3: nh FESEM ca ht nano CZTS tng hp theo nhit độ phun nóng 195 °C (a),
205 (b); 215 (c); 225 (d); 235 (e) và 245 °C (f). .......................................................... 71!
Hình 4-4: Ph EDS ca ht nano CZTS được tng hp ti các nhit độ phun nóng 195 (a);
205 (b); 215 (c); 225 (d); 235 (e) và 245 °C (f). .......................................................... 72!
Hình 4-5: Thành phn các nguyên t trong vt liu CZTS ti các nhit độ phun nóng. .... 73!
xii
Hình 4-6: Ph hp th ánh sáng ht nano CZTS. ............................................................... 74!
Hình 4-7: Gin đồ XRD ca các ht nano CIGS theo nhit độ phun nóng. ....................... 76!
Hình 4-8: nh FESEM ca các ht nano CIGS theo nhit độ phun nóng nh TEM ca
ht nano CIGS tng hp nhit độ phun nóng 255 °C. .............................................. 77!
Hình 4-9: T l ca các nguyên t trong vt liu CIGS theo nhit độ phun nóng. ............. 78!
Hình 4-10: Ph hp th ánh sáng ca ht nano CIGS. ........................................................ 78!
Hình 4-11: Quy trình in gt to màng CZTS và Selen hoá to màng CZTSSe. ................. 81!
Hình 4-12: Gin đồ XRD ca màng CZTSSe theo nhit độ Selen hoá. ............................. 82!
Hình 4-13: Độ lch đỉnh XRD ca màng CZTS trên đế Mo trước và sau khi Selen hoá (độ
lch v trí đỉnh (112) trong hình nh). .......................................................................... 83!
Hình 4-14: nh FESEM mt ct ngang b mt ca màng CZTSSe theo nhit độ Selen
hoá: 470 (a,b); 490 (c,d); 510 (e,f) và 530 °C (g,h). .................................................... 84!
Hình 4-15: nh FESEM mt ct ngang màng Mo/CZTSSe và kết qu đo EDS. ............... 85!
Hình 4-16: nh FESEM mt ct ngang màng Mo/CZTSSe khi tăng chiu dày lp CZTS,
Selen hoá ti 510 °C và 530 °C. .................................................................................. 86!
Hình 4-17: Gin đồ XRD các màng CIGSSe theo theo lượng Se dùng Selen hoá. ............ 88!
Hình 4-18: nh FESEM b mt mt ct các màng CIGSSe được Selen hoá vi 0,05
0,1 g Se......................................................................................................................... 88!
Hình 4-19: nh FESEM b mt mt ct các màng CIGSSe được Selen hoá vi 0,2, 0,3
và 0,4 g Se. ................................................................................................................... 89!
Hình 4-20: T l Se/(Se+S) trong các màng CIGSSe theo theo lượng Se dùng Selen hoá. 90!
Hình 4-21: Lược đồ các bước chế to Pin mt tri CZTSSe. ............................................. 91!
Hình 4-22: Đặc trưng J-V ca các Pin mt tri CZTSSe theo nhit độ Selen hoá. ............ 92!
Hình 4-23: Đặc trưng J-V ca các Pin mt tri CIGSSe theo lượng Se dùng Selen hoá. .. 94!
1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Theo tính toán trong kch bn Blue Map ca cơ quan Năng lượng Quc tế (IEA), đến
năm 2050, đin mt tri s đóng góp t 20% đến 25% lượng đin năng trên toàn thế gii.
Trong đó, đin mt tri ch yếu vn được khai thác chia đều cho hai dng, bao gm: khai
thác da vào các trm đin mt tri kiu tp trung (Concentrated solar power) và khai thác
da vào các tm Pin mt tri (Photovoltalic) [35]. Trong khi đó, Vit Nam theo quyết định
s 2058/QĐ-TTg năm 2015 v vic phê duyt chiến lược phát trin năng lượng tái to cũng
cht mt nước có t trng đin mt tri không đáng k, đến năm 2020, t l đin mt tri
ti Vit Nam s 0,5%; đến năm 2030 s 6% đạt mc 20% vào năm 2050, ng vi
lượng đin năng hàng năm là 210 t kWh. Điu này cho thy đin mt tri s đóng vai trò rt
quan trng trong tương lai gn.
Hin nay, yêu cu h giá thành sn phm Pin mt tri để chúng th cnh tranh vi
các dng năng lượng khác như Than đá, Du m, Thy đin, Đin nguyên tđang là bài
toán chung ca các nhà khoa hc trên toàn thế gii. Chính vì vy, đã có rt nhiu nghiên cu
v Pin mt tri trên nhiu phương din khác nhau. Trong đó, các yếu t chính, nh hưởng
trc tiếp đến giá thành sn xut đin t Pin mt tri là: công ngh, vt liu sn xut Pin, hiu
sut Pin, s gi nng trung bình [35,36]...
Trên thế gii, nhiu loi Pin mt tri đã được phát trin và ng dng vào sn xut
đin năng thương mi trong nhiu năm như: Pin mt tri Silic (đơn tinh th; đa tinh th; vô
định hình), Pin mt tri CIGS, Pin mt tri CdTe, Pin mt tri đa lp… Mc dù Pin mt tri
đa lp đã đạt hiu sut lên đến 46% nhưng giá thành cao nên hu hết sn phm thương
mi hin nay bao gm: Pin mt tri Silic (bao gm c Pin Silic đơn tinh thPin Silic đa
tinh th), các loi Pin này hin đang đạt hiu sut khá n định vào khong t 19 đến 25%,
Pin mt tri CIGS, đang đạt hiu sut t 17 đến 21%, Pin mt tri CdTe, đang đạt hiu sut
t 18 đến 21%, Pin mt tri Silic định hình, đang đạt hiu sut t 11 đến 13,6% [28,36].
Bên cnh vic tp trung vào gim giá thành sn xut các loi Pin mt tri, thì vic chn
công ngh và các vt liu ít độc hi dùng để chế to Pin cũng là yếu t rt quan trng. Ví d
như Pin mt tri CdTe hin nay mc dù có hiu sut cao, tuy nhiên, đây là loi Pin s dng
nhiu Cadmium, kim loi nng thuc nhóm gây độc cc mnh đó cũng lý do gây cn
tr ln cho vic phát trin loi Pin này.
Ti Vit Nam, vic nghiên cu và chế to Pin mt tri cũng được mt s nhóm nghiên
cu đã và đang tiến hành vi các loi Pin khác nhau và phương pháp khác nhau. Mt s kết
2
qu ca các nhóm đã được công b trên các Tp chí trong ngoài nước. Nhóm tác gi Đặng
Mu Chiến cùng đồng nghip ti Phòng thí nghim Công ngh nano thuc Trường Đại hc
Quc gia Thành Ph H Chí Minh đã nghiên cu v Pin mt tri silic [70]. Nhóm tác gi
Thch Sơn cùng đồng nghip ti Vin Vt lý K thut, Trường Đại hc Bách Khoa Hà Ni
cũng đã nghiên cu v Pin mt tri CIS và có mt s ng b trên Tp chí quc tế [94,101].
Ti Vin Khoa hc vt liu, Vin Hàn lâm Khoa hc và Công ngh Vit Nam, nhóm tác gi
Nguyn Quang Liêm cùng đồng nghip cũng đã nghiên cu v ht lượng t tính cht
quang ca ht CIS CZTS [95]; nhóm tác Văn Hng, Phm Duy Long cùng đồng nghip
đã nghiên cu v Pin mt tri s dng cht nhy quang DSSC (Dye Sensitized Solar Cells)
[14]. Ti Trường Đại hc Công ngh, Đại hc Quc Gia Ni, nhóm tác gi Nguyn Năng
Định cùng đồng nghip cũng đã nghiên cu v Pin mt tri DSSC [71]. Ngoài ra, ti Trung
tâm nano và năng lượng (NEC), cũng đã nghiên cu v Pin mt tri cùng vi các h đo J-V,
đin tr b mt, tính cht quang ca màng mng.
Pin mt tri CZTSSe s dng vt liu Cu(Zn,Sn)(S,Se)
2
(gi tt CZTSSe) làm lp
hp th ánh sáng; còn Pin mt tri CIGSSe s dng vt liu Cu(In,Ga)(S,Se)
2
(gi tt
CIGSSe) làm lp hp th ánh ng. Đây hai trong s các loi Pin mt tri đang được nhiu
phòng thí nghim ln ti M, Đức, Thu sĩ, Nht… tp trung nghiên cu [3,15,59,75]. Vt
liu CZTSSe và CIGSSe có cùng ngun gc thuc h chalcopyrite [5,84].
Trên thế gii, Pin mt tri CIGSSe đã được nhóm nghiên cu ti phòng thí nghim
ZSW Đức công b chế to thành công vi hiu sut cao nht là 22,6% bng phương pháp
đồng bc bay [75]; đây là hiu sut khá cao so vi mt bng chung v hiu sut các Pin mt
tri có trên th trường hin nay. So vi Pin mt tri CIGSSe, Pin mt tri CZTSSe s dng
các nguyên t tr lượng ln r tin Zn Sn thay thế cho In Ga. Pin mt tri
CZTSSe cũng đã được nhóm nghiên cu ti phòng thí nghim ca IBM M nghiên cu
chế to vi hiu sut đạt được cao nht là 12,6% [103]; Pin được chế to bng phương pháp
s dng dung môi Hydrazine để hòa tan các vt liu ban đầu như CuS, S, Zn, Sn, Se để chế
to lp màng hp th ánh sáng CZT(S,Se). Nhóm nghiên cu ti phòng thí nghim Empa
Swiss Federal Thu Sĩ cũng đã thc hin chế to được Pin mt tri CZTSSe bng phương
pháp đồng bc bay vi hiu sut khá cao là 9,4% [3].
Ngoài ra, khi quan sát quá trình phát trin hiu sut cao nht ca mt s Pin mt
tri đin hình trong tng năm do Phòng thí nghim Năng lượng tái to Quc gia M (NREL)
thng (chi tiết trong Hình 1-2); các Pin mt tri CZTSSe CIGSSe đều đã nhng
bước tiến ln v hiu sut trong thi gian gn đây. Thêm vào đó, ngay vào đầu năm 2017
cũng đã có mt s công b quan trng v các dòng Pin này [6,17,48,58]; điu này chng t
vic nghiên cu và phát trin ca dòng Pin này đang có nhiu tim năng.