NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN TRONG SUỐT VÀ VẬT LIỆU HẤP THỤ ÁNH SÁNG NHẰM SỬ DỤNG TRONG PIN MẶT TRỜI CZTSe
Khoa học vật liệu
Luận án này giải quyết bài toán cấp bách về năng lượng và môi trường bằng cách tập trung vào nghiên cứu pin mặt trời CZTSe, một giải pháp tiềm năng thay thế cho pin Si và CIGS truyền thống nhờ nguồn vật liệu dồi dào và quy trình chế tạo đa dạng. Mặc dù có tiềm năng lớn, các nghiên cứu về pin CZTSe tại Việt Nam còn hạn chế, đặc biệt trong việc tổng hợp hạt nano CZTSe cho lớp hấp thụ.
Mục tiêu của nghiên cứu là tổng hợp thành công hạt nano CZTSe đơn pha tinh thể với thành phần nghèo Đồng, phân tán tốt; chế tạo lớp màng hấp thụ ánh sáng CZTSe có độ kết tinh cao; phát triển vật liệu dẫn điện trong suốt như ITO bằng phương pháp phún xạ và AgNW/ITO bằng phương pháp in gạt với độ truyền qua cao, điện trở bề mặt thấp; và chế tạo thành công tế bào pin mặt trời CZTSe hoàn chỉnh dựa trên các hạt CZTSe đã tổng hợp.
Những đóng góp chính bao gồm việc chế tạo thành công lớp vật liệu dẫn điện trong suốt ITO với các đặc tính quang – điện phù hợp (điện trở bề mặt 17,6 Ω/□, độ truyền qua 84,3% tại 550 nm ở 400°C, nồng độ O2 1%) và lớp AgNW/ITO (điện trở bề mặt 13,5 Ω/cm, độ truyền qua ~70% với độ dày 1000 nm). Luận án cũng thành công trong việc tổng hợp hạt nano CZTSe (kích thước <30 nm) bằng phương pháp phun nóng, có thành phần Cu/(Zn+Sn) từ 0,7 đến 0,8, phù hợp cho lớp hấp thụ. Lớp màng hấp thụ ánh sáng CZTSe được chế tạo bằng phương pháp in gạt và xử lý nhiệt ở 500°C trong môi trường khí N2 và hơi Se. Cuối cùng, một tế bào pin mặt trời CZTSe hoàn chỉnh với cấu trúc đã được chế tạo, đạt hiệu suất chuyển đổi 2,38% (Jsc = 21,96 mA/cm², Voc = 0,30 V, FF = 36,17%). Kết quả này mở ra triển vọng cho việc chế tạo pin mặt trời CZTSe bằng công nghệ đơn giản, chi phí thấp.