Nghiên cứu ứng dụng phương pháp phun phủ nhiệt phân quay đầu phun và hỗ trợ siêu âm chế tạo các phần tử pin mặt trời họ Cux(In,Zn,Sn)Sy

- Mừ phỏng quõ trớnh phun nhiệt phón hỗ trợ siởu óm bằng phương phõp phần tử hữu hạn, Journal of Science & Technology (accepted) BẰNG ĐỘC QUYỀN SạNG CHẾ 1.
- Điều nỏy cho phờp đõnh giõ độ lặp lại của phương phõp cừng nghệ chế tạo PMT lỏ rất cao.
- Để chế tạo pin mặt trời CIS, hiện nay người sử dụng ta nhiều phương phõp cừng nghệ khõc nhau như: phương phõp sol-gel, phương phõp điện hụa, phương phõp phỷn xạ,… Trong luận õn nỏy, tõc giả sẽ tập trung nghiởn cứu phõt triển phương phõp phun phủ nhiệt phón, Đóy lỏ phương phõp cừng nghệ cụ nhiều ưu điểm nổi bật như: thiết bị cừng nghệ yởu cầu rất đơn giản, dễ dỏng điều chỉnh cõc thừng số cừng nghệ để khống chế thỏnh phần mong muốn cuẩ cõc lớp bõn dẫn, cụ thể lắng đọng trởn diện tợch lớn… Để thực hiện mục tiởu nỏy, chỷng từi đọ chọn hướng nghiởn cứu: “Nghiởn cứu ứng dụng phương phõp phun phủ nhiệt phón quay đầu phun vỏ hỗ trợ siởu óm chế tạo cõc phần tử pin mặt trời họ Cux(In,Zn,Sn)Sy” lỏm đề tỏi của luận õn.
- Mục tiởu của luận õn: 1) Mừ phỏng, tợnh toõn để xõc định cõc thừng số cừng nghệ tối ưu vỏ đõnh giõ kết quả lắng đọng mỏng mỏng bằng phương phõp USPD.
- 2) Nghiởn cứu thiết kế hệ lắng đọng mỏng mỏng bằng phương phõp phun phủ nhiệt phón hỗ trợ siởu óm quay SSPD (Spin Spray Pyrolisis Deposition.
- 3) Nghiởn cứu lắng đọng cõc lớp chức năng ZnO, CdS, In2S3, Cu2ZnSnS4 vỏ CuInS2 bằng phương phõp SSPD.
- Từ đõnh giõ kết quả mừ phỏng, tõc giả đọ đưa ra một giải phõp cừng nghệ lắng đọng mỏng mỏng hoỏn toỏn mới vỏ được gọi lỏ: “Phương phõp phun phủ nhiệt phón hỗ trợ rung siởu óm quay SSPD (Spin Spray Pyrolysis Deposition).
- 2) Lần đầu tiởn đưa ra một phương phõp cừng nghệ mới: Phương phõp phun phủ nhiệt phón hỗ trợ rung siởu óm quay SSPD.
- 3) Khảo sõt, đõnh giõ vỏ so sõnh kết quả lắng đọng mỏng mỏng bằng phương phõp cừng nghệ SSPD vỏ USPD.
- Phương phõp cừng nghệ SSPD cho phờp lắng đọng mỏng mỏng cụ diện tợch lớn, đường kợnh diện tợch lắng đọng đạt ~ 4 cm tương đương với diện tợch lắng đọng ~12,5 cm2.
- Đóy lỏ diện tợch lớn gấp 4 lần so với diện tợch mỏ phương phõp USPD cụ thể lắng đọng.
- Phương phõp cừng nghệ SSPD cho phờp lắng đọng mỏng mỏng CdS cụ độ mấp mừ bề mặt Rms~6 nm.
- Đóy lỏ trị số thấp hơn nhiều so với mỏng được lắng đọng bằng phương phõp USPD (Rms~11 nm.
- Phương phõp SSPD cụ thể dễ dỏng điều khiển vỏ kiểm soõt độ đồng đều của mỏng mỏng lắng đọng.
- Phương phõp cừng nghệ SSPD đọ loại bỏ hoỏn toỏn hiệu ứng Pinhole khi lắng đọng mỏng hấp thụ CuInS2 cụ chiều dỏy mỏng lớn hơn 1 Ếm.
- 4) Phương phõp cừng nghệ SSPD được sử dụng để chế tạo PMT mỏng mỏng cấu trỷc ITO/ZnO:n/CdS/CuInS2/Me, PMT CIS chế tạo được cụ thừng số như sau.
- Với kết quả nghiởn cứu chế tạo PMT-CIS bằng phương phõp SSPD, chỷng từi tiến hỏnh chế tạo pannel PMT-CIS với số lượng bao gồm 42 phần tử PMT-CIS được mắc thỏnh sõu nhõnh song song, mỗi nhõnh bao gồm 7 đơn vị PMT-CIS.
- Từ kết quả cho thấy, phương phõp cừng nghệ SSPD chế tạo PMT cụ độ lặp lại cao, độ lặp lại cụ thể đạt gần 99.
- Đối tượng nghiởn cứu của luận õn: 1) Cừng nghệ lắng đọng mỏng mỏng bằng phương phõp USPD vỏ phương phõp SSPD 2) Cõc mỏng mỏng bõn dẫn ZnO, CdS, In2S3, mỏng hấp thụ Cu2ZnSnS4 vỏ CuInS2.
- 4) Pannel PMT trởn cơ sở lớp hấp thụ CIS Cõch tiếp cận, phương phõp nghiởn cứu của luận õn.
- Cõch tiếp cận của nghiởn cứu lỏ sử dụng cõc mừ hớnh tợnh toõn lý thuyết, phương phõp mừ phỏng phần tử hữu hạn vỏ cõc kết quả thực nghiệm của cõc cừng trớnh đọ cừng bố để thiết kế, chế tạo vỏ đưa ra thừng số cừng nghệ tối ưu cho hệ lắng đọng mỏng mỏng SSPD.
- Phương phõp nghiởn cứu của luận õn lỏ phương phõp thực nghiệm kết hợp cõc mừ hớnh tợnh toõn nởu trởn để nghiởn cứu tợnh chất của cõc lớp chức năng, nghiởn cứu lắng đọng tổ hợp cõc mỏng bõn dẫn tạo thỏnh phần tử PMT CIS.
- Khảo sõt, đo đạc vỏ xõc định tợnh chất của cõc mẫu lắng đọng để đõnh giõ kết quả thu được.
- 2) Tớm ra cõc phương phõp cừng nghệ mới để nóng cao hiệu suất của PMT 4 Luận õn đọ nghiởn cứu vỏ phõt triển một phương phõp cừng nghệ mới cụ tởn gọi: phương phõp SSPD.
- Đóy lỏ một phương phõp hoỏn toỏn mới vỏ đặc biệt hữu hiệu để lắng đọng cõc mỏng chức năng trong cấu trỷc PMT mỏng mỏng.
- Việc sử dụng phương phõp nỏy cho phờp lắng đọng cõc cõc phần tử PMT kich thước lớn, cụ khả năng ứng dụng trong thực tế.
- Tợnh mới của luận õn Lần đầu tiởn, phương phõp cừng nghệ lắng đọng mỏng mỏng trong PMT được nghiởn cứu, đõnh giõ vỏ đoõn nhận kết quả thừng qua chương trớnh mừ phỏng Ansys Fluent.
- Lần đầu tiởn, phương phõp cừng nghệ SSPD được đề xuất vỏ sử dụng để chế tạo PMT mỏng mỏng đa lớp.
- Đóy lỏ một phương phõp cừng nghệ hoỏn toỏn mới do chợnh tõc giả nghiởn cứu vỏ phõt triển.
- Chương 2: Nghiởn cứu phõt triển phương phõp phun phủ nhiệt phón hỗ trợ siởu óm quay SSPD (Spin Spray Pyrolysis Deposition).
- Chương 3: Lắng đọng cõc lớp chức năng trong PMT mỏng mỏng cấu trỷc đảo glass/ITO/ZnO/CdS/CuxIn(ZnSn)Sy/Metal bằng phương phõp SSPD.
- Chương 4: Nghiởn cứu chế tạo vỏ khảo sõt tợnh chất của PMT mỏng mỏng đa lớp cấu trỷc ITO/ZnO:n/CdS/CuInS2/Me 1) Đọ nghiởn cứu chế tạo thỏnh cừng PMT mỏng mỏng đa lớp cấu trỷc đảo ITO/ZnO:n/CdS/CuInS2/Me cụ diện tợch 2,5x2,5 cm2 bằng phương phõp phun nhiệt phón SSPD.
- Phương phõp SSPD cho phờp khống chế độ mấp mừ bề mặt mỏng ZnO thừng qua thừng số cừng nghệ thời gian phun.
- Do đụ khi chế tạo PMT-CIS bằng phương phõp SSPD chỷng ta cụ thể kiểm soõt độ mấp mừ bề mặt của mỏng ZnO trong cấu trỷc của PMT.
- Hiệu suất PMT-CIS đạt cực đại tại giõ trị độ mấp mừ bề mặt Rms ~ 20 nm tương đương với thời gian lắng đọng lớp ZnO bằng phương phõp SSPD lỏ 20 phỷt.
- 3) Đọ nghiởn cứu vỏ khảo sõt thừng số của PMT-CIS lắng đọng theo thừng số cừng nghệ tối ưu, kết quả thu được lỏ hiệu suất chuyển đổi quang điện đạt η=2,31.
- Nghiởn cứu lắng đọng lớp hấp thụ 3.3.1.
- Nghiởn cứu lắng đọng lớp Cu2ZnSnS4.
- Độ truyền qua của mỏng CZTS lắng đọng bằng phương phõp SSPD tại nhiệt độ Ts=350oC trong thời gian: a)t=25 phỷt.
- Đồ thị quan hệ giữa hệ số hấp thụ  với h của mỏng CZTS lắng đọng bằng phương phõp SSPD tại nhiệt độ Ts=350 oC trong thời gian: a)t=25 phỷt.
- Từ đồ thị hớnh 3.23 chỷng ta cụ thể thấy, hệ số hấp thụ của mỏng CZTS lắng đọng bằng phương phõp SSPD tại nhiệt độ 350 oC đạt giõ trị α cm cm-1 tại điểm năng lượng hυ=1,6 eV.
- Nghiởn cứu lắng đọng lớp CuInS2 bằng phương phõp SSPD 3.3.2.3.
- Khảo sõt tợnh chất mỏng CuInS2 lắng đọng bằng.
- Chương 1: TỔNG QUAN Trong chương nỏy, tổng quan về lịch sử phõt triển, một số lý thuyết cơ bản nhất về pin mặt trời mỏng mỏng vỏ cõc phương phõp lắng đọng mỏng mỏng đọ được trớnh bỏy.
- 4) Tổng quan về một số phương phõp lắng đọng mỏng mỏng, đặc biệt lỏ phương phõp phun phủ nhiệt phón SPD đọ được trớnh bỏy về cấu tạo, nguyởn lý hoạt động cũng như ưu vỏ nhược điểm của phương phõp SPD, đóy chợnh lỏ cơ sở cho cõc nghiởn cứu phõt triển phương phõp lắng đọng mỏng mỏng sử dụng trong luận õn nỏy.
- 6 Chương 2: Nghiởn cứu phõt triển phương phõp phun phủ nhiệt phón hỗ trợ siởu óm quay SSPD (Spin Spray Pyrolysis Deposition) 2.1.
- Xõc định cõc thừng số tối ưu của quõ trớnh lắng đọng mỏng mỏng bằng phương phõp mừ phỏng phần tử hữu hạn sử dụng phần mềm Ansys Fluent Ver.
- Độ truyền qua của mỏng CdS lắng đọng bằng phương phõp SSPD tại nhiệt độ Ts=360 oC.
- Khảo sõt tợnh chất của mỏng In2S3 lắng đọng.
- Độ truyền qua của mỏng In2S3 lắng đọng bằng phương phõp SSPD tại nhiệt độ a) Ts=360oC, b) Ts=380 oC, c)Ts=400 oC vỏ d) Ts=420 oC.
- Kết quả cho thấy, trong điều kiện nhiệt độ lắng đọng thay đổi từ 360oC đến 420oC, vật liệu In2S3 cụ độ rộng vỳng cấm Eg~2,52 eV.
- 18 Hớnh thõi bề mặt Hớnh thõi bề mặt của cõc mẫu mỏng CdS được khảo sõt bằng phương phõp hiển vi lực nguyởn tử, kết quả AFM của cõc mẫu CdS36, CdS38 vỏ CdS40 thể hiện trởn hớnh 3.13 Hớnh 3.13.
- Ảnh AFM của mỏng CdS lắng đọng bằng phương phõp SSPD tại nhiệt độ: a)Ts=360oC.
- Như vậy về hớnh thõi bề mặt của mỏng, mẫu CdS38 lỏ mẫu cụ độ ổn định vỏ độ đồng nhất cao hơn cả so với cõc mẫu CdS được lắng đọng tại nhiệt độ 360 oC vỏ 400 oC.
- Thiết kế vỏ chế tạo hệ lắng đọng mỏng mỏng phun nhiệt phón hỗ trợ rung siởu óm quay (SSPD) 2.2.1.
- Nhiệt độ đế 2.2.2.2.
- Khảo sõt hệ lắng đọng mỏng mỏng SSPD 2.3.1.
- Hiệu ứng Pinhole Mỏng mỏng cụ chiều dỏy lớn hơn 1 m lắng đọng bằng phương phõp SSPD chỷng từi hoỏn toỏn ko quan sõt thấy hiện tượng xuất hiện hiệu ứng PhE trởn bề mặt mỏng.
- Diện tợch lắng đọng mỏng 2.3.2.1.
- Hớnh thõi bề mặt Hớnh 2.30 lỏ ảnh 3D bề mặt của mỏng CdS-U vỏ CdS-S, cụ thể nhận thấy mẫu CdS lắng đọng bằng phương phõp SSPD cho chỷng ta độ đồng đều cao hơn, cõc tinh thể CdS kết tinh vỏ tập hợp thỏnh cõc hạt cụ kợch thước đều nhau.
- Kết quả nỏy cho ta thấy rử mức độ bằng phẳng của mỏng lắng đọng bằng phương phõp SSPD cao hơn so với mỏng lắng đọng bằng phương phõp USPD.
- Chỷng ta nhận thấy độ truyền qua của mỏng mỏng CdS lắng đọng bằng phương phõp SSPD tốt hơn so với mỏng mỏng CdS lắng đọng bằng phương phõp USPD.
- Hớnh 3.7 lỏ đồ thị (αhν)2 phụ thuộc vỏo hν của mỏng ZnO lắng đọng tại nhiệt độ khõc nhau.
- Nghiởn cứu lắng đọng lớp đệm 3.2.1.2.
- Lắng đọng mỏng CdS 3.2.2.1.
- Khảo sõt thời gian lắng đọng mỏng CdS 3.2.2.2.
- Khảo sõt sự ảnh hưởng của nhiệt độ lắng đọng mỏng CdS Cấu trỷc tinh thể Hớnh 3.12 trớnh bỏy giản đồ nhiễu xạ tia X của mỏng CdS lắng đọng bằng phương phõp SSPD tại cõc nhiệt độ Ts=360oC.
- Giản đồ XRD của mỏng CdS lắng đọng bằng phương phõp SSPD tại nhiệt độ: a)Ts=360oC.
- 16 mỏng ZnO lắng đọng bằng phương phõp SSPD tại nhiệt độ 420 oC cho chỷng ta độ đồng đều cũng như độ ổn định cấu trỷc cao nhất.
- Phón bố kợch thước hạt của mỏng ZnO lắng đọng bằng phương phõp SSPD tại nhiệt độ a) Ts=400 oC, b) Ts=420 oC vỏ c) Ts=440 oC.
- Tợnh chất quang-điện Để nghiởn cứu tợnh chất quang của mỏng mỏng chỷng từi sử dụng phương phõp phổ truyền qua UV-Vis.
- Kết quả xõc định độ truyền qua của mỏng ZnO lắng đọng bằng phương phõp SSPD tại cõc nhiệt độ khõc nhau thể hiện trởn hớnh c)(b) ườ truyền qua T, %Bợc sọng nm ZnO TS=400 oC ZnO TS=420 oC ZnO TS=440 oC(a b)(c) ZnO TS= 440 oC ZnO TS= 420 oC ZnO TS= 400 oChx108, cm-2.eV2heVEg ~ 3.25 eV(a) Hớnh 3.6.Phổ truyền qua của mỏng ZnO lắng đọng bằng phương phõp SSPD tại nhiệt độ a)Ts=400 oC, b)Ts=420 oC vỏ c)Ts=440 oC.
- Đồ thớ mỗi quan hệ của (h)2 với hcủa mỏng ZnO lắng đọng bằng phương phõp SSPD tại nhiệt độ a) Ts=400 oC, b) Ts=420 oC vỏ c) Ts=440 oC.
- Mỏng được lắng đọng bằng cả hai phương phõp đều đọ được hớnh thỏnh pha tinh thể cụ cỳng cấu trỷc tinh thể sõu phương.
- Do đụ, về mặt cấu trỷc pha cõc mẫu lắng đọng bằng phương phõp USPD vỏ SSPD lỏ như nhau.
- Độ đồng đều trong diện tợch lắng đọng 2.3.3.1.
- Độ truyền qua Độ truyền qua của cõc mẫu lựa chọn được khảo sõt bằng phương phõp phổ UV-vis trong dải bước sụng từ 300 đến 1100 nm.
- Hớnh thõi vỏ độ mấp mừ bề mặt của mỏng ZnO lắng đọng bằng phương phõp SSPD tại nhiệt độ a) 400 oC, b) 420 oC vỏ c) 440 oC.
- Quan sõt sự phón bố kợch thước hạt trởn hớnh 3.5 cụ thể nhận thấy ở nhiệt độ 400 oC mỏng cụ kợch thước hạt trung bớnh được phón bố trong khoảng từ 60 nm đến 110 nm, đối với mỏng ZnO lắng đọng ở nhiệt độ 420 oC khoảng phón bố kợch thước hạt được thu hẹp lại trong khoảng từ 80 nm đến 100 nm.
- tại nhiệt độ 440 oC cụ kợch thước hạt lớn hơn vỏ phón bố cũng rộng hơn so với mỏng ZnO lắng đọng tại nhiệt độ 420 oC.
- Kết quả phón tợch cho chỷng ta thấy tại khoảng nhiệt độ lắng đọng nỏy mỏng ZnO đọ hớnh thỏnh pha tinh thể đơn pha cụ cấu trỷc hexagonal wurtzite (theo thẻ PDF .
- Sự phụ thuộc của kợch thước tinh thể (d) vỏ tỉ số cường độ đỉnh phổ nhiễu xạ I002/I101 vỏo nhiệt độ lắng đọng.
- Hớnh thõi bề mặt Hớnh 3.4 lỏ kết quả hiển thị ảnh AFM 2D vỏ hớnh ảnh mặt cắt (section) theo đường chờo của ảnh tương ứng của cõc mỏng ZnO lắng đọng ở nhiệt độ 400 oC, 420 oC vỏ 440 oC.
- Từ hớnh 3.4 cụ thể nhận thấy, kợch thước hạt tăng dần theo nhiệt độ lắng đọng.
- Với nhiệt độ lắng đọng 400 oC vỏ 420 oC, mỏng cho độ đồng đều của kợch thước hạt cao hơn mỏng lắng đọng ở nhiệt độ 440 oC.
- Khi nhiệt độ lắng đọng mỏng trong tăng từ 400 oC đến 420 oC kợch thước hạt phón bố trởn bề mặt mỏng tăng lởn với mức độ nhỏ thể hiện qua Rms của mỏng tăng từ ~ 18 nm đến 20 nm.
- Đối với mỏng ZnO lắng đọng ở nhiệt độ 440 oC, ở nhiệt độ nỏy cụ thể thấy rử độ mấp mừ bề mặt tăng lởn đõng kể so với mỏng lắng đọng ở nhiệt độ 400 oC vỏ 420 oC do kợch thước hạt đa tinh thể được phõt triển lớn hơn 11 Độ truyền qua trung bớnh trong dải bước sụng từ 500 đến 1100 nm của cõc mẫu đạt ~82%.
- Điều đụ chứng tỏ sự đồng đều của mẫu trởn toỏn bộ vỳng diện tợch lắng đọng trong quõ trớnh chế tạo.
- 12 Chương 3: Lắng đọng cõc lớp chức năng sử dụng trong PMT mỏng mỏng cấu trỷc Glass/ITO/ZnO/CdS/CuxIn(ZnSn)Sy/Metal bằng phương phõp SSPD 3.1.
- Nghiởn cứu lắng đọng lớp ZnO 3.1.1.
- Khảo sõt thời gian phun Mỏng ZnO được lắng đọng ở nhiệt độ 420 oC với cõc khoảng thời gian phun thay đổi từ 5 phỷt đến 25 phỷt.
- Kết quả khảo sõt hớnh thõi bề mặt mỏng bằng phương phõp hiển vi lực nguyởn tử được thể hiện trởn hớnh 3.1.
- Hớnh 3.1.Ảnh AFM vỏ AFM-Section của đế ITO vỏ mỏng ZnO lắng đọng trong thời gian: a)ITO, b) t=5phỷt, c) t=10phỷt, d) t= 15phỷt, e) t= 20phỷt vỏ f) t=25 phỷt.
- Hớnh 3.2 trớnh bỏy sự phụ thuộc của độ mấp mừ bề mặt mỏng ZnO vỏo thời gian lắng đọng.
- Kết quả nghiởn cứu cho thấy, khi thời gian lắng đọng tăng dần từ 5 phỷt đến 20 phỷt, mức độ suy giảm độ mấp mừ bề mặt mỏng lớn vỏ tương đối tuyến tợnh, Rms của mỏng giảm từ ~38 nm xuống cún ~20 nm khi thời gian lắng đọng mỏng tăng từ 5 13 phỷt đến 20 phỷt.
- Mức độ giảm độ mấp mừ bề mặt khừng cún mạnh ở thời gian lắng đọng 20 phỷt đến 25 phỷt, Rms tại điểm thời gian lắng đọng 25 phỷt lỏ ~18 nm.
- Do đụ thời gian lắng đọng 20 phỷt lỏ thừng số cừng nghệ được lựa chọn để lắng đọng mỏng ZnO.
- Đồ thị mối quan hệ giữa độ mấp mừ bề mặt (Rms) của mỏng ZnO vỏ thời gian lắng đọng mỏng bằng phương phõp SSPD trởn đế ITO.
- Khảo sõt sự ảnh hưởng của nhiệt độ Cấu trỷc tinh thể Cởng Ẽờ tÈng Ẽội, sộ Ẽếm/giẪyGọc nhiễu xỈ 2 theta, Ẽờ ZnO 440 oC ZnO 420 oC ZnO 400 oC(100) Hớnh 3.3.–Phổ nhiễu xạ tia X của mỏng ZnO lắng đọng bằng phương phõp SSPD tại nhiệt độ 400oC, 420oC vỏ 440oC.
- Hớnh 3.3 lỏ giản đồ nhiễu xạ tia X của cõc mẫu mỏng ZnO lắng đọng bằng phương phõp SSPD tại cõc nhiệt độ lắng đọng 400oC, 420oC

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt