Nghiên cứu ảnh hưởng của lớp chức năng nano ZnO đến hoạt động của pin mặt trời màng mỏng glass/TCO/nanoZnO/CdS/CuInS2/Me lắng đọng bằng phương pháp USPD-ILGAR
Luận án này tập trung vào nghiên cứu và phát triển công nghệ chế tạo pin mặt trời màng mỏng hiệu suất cao, giá thành rẻ, thân thiện với môi trường, đặc biệt là các loại không sử dụng công nghệ chân không. Trong bối cảnh mức tiêu thụ năng lượng toàn cầu dự kiến tăng 56% từ 2010 đến 2040 và năng lượng mặt trời đang trên đà trưởng thành nhưng còn đắt đỏ, việc tối ưu hóa hiệu suất và giảm giá thành là cấp thiết. Đề tài luận án cụ thể là “Nghiên cứu ảnh hưởng của lớp chức năng nano ZnO đến hoạt động của pin mặt trời màng mỏng glass/TCO/nanoZnO/CdS/CuInS2/Me lắng đọng bằng phương pháp USPD-ILGAR”.
Mục đích nghiên cứu bao gồm việc nghiên cứu và phát triển công nghệ lắng đọng không chân không USPD-ILGAR; nghiên cứu lắng đọng các lớp cửa sổ nanoZnO, nanoZnO:In, nanoZnO:Al, lớp hấp thụ CuInS2 và lớp đệm CdS bằng phương pháp phun phủ nhiệt phân hỗ trợ siêu âm (USPD) và USPD-ILGAR để xác định quy trình công nghệ phù hợp. Luận án cũng khảo sát ảnh hưởng của các thông số công nghệ lắng đọng tới tính chất của các phân biên ZnO/CdS và CdS/CuInS2 bằng phương pháp phổ trở kháng phức CIS, đồng thời ứng dụng phần mềm SCAPS-1D để thiết kế và chế tạo thử nghiệm pin mặt trời màng mỏng cấu trúc đảo kiểu Glass/ITO/nanoZnO/CdS/CuInS2/Me.
Các phương pháp nghiên cứu chính là thực nghiệm kết hợp với đoán nhận lý thuyết và mô phỏng bằng phần mềm Zview 3.0 và SCAPS-1D. Chất lượng mẫu được khảo sát bằng nhiễu xạ tia X, phổ tán xạ Raman, hiển vi điện tử quét, hiển vi lực nguyên tử, phổ truyền qua UV-VIS, hiệu ứng Hall và đặc trưng J-V.
Kết quả nổi bật cho thấy luận án đã chế tạo thành công pin mặt trời màng mỏng cấu trúc Glass/ITO/nanoZnO/CdS/CuInS2/Metal bằng USPD-ILGAR, đạt được các thông số quang điện ấn tượng: Voc=425mV, Jsc=8.7mA/cm², ff=49.5% và η=1.84%, tiệm cận với các công trình quốc tế. Công nghệ USPD-ILGAR được xác định là hiệu quả trong việc lắng đọng các lớp chức năng với độ đồng đều cao và hình thái thanh nano cho lớp ZnO. Luận án cũng đã xây dựng mô hình một chiều cho các phân biên ZnO/CdS và CdS/CuInS2, với kết quả cho thấy 60nm là chiều dày lớp CdS tối ưu cho sự hình thành chuyển tiếp PN. Đặc biệt, cấu trúc nano của lớp cửa sổ ZnO cùng nồng độ muối kẽm acetat 0.01M đã cải thiện đáng kể các thông số quang điện của pin mặt trời.