BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO<br />
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI<br />
<br />
PHẠM PHI HÙNG<br />
<br />
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHUN PHỦ NHIỆT<br />
PHÂN QUAY ĐẦU PHUN VÀ HỖ TRỢ SIÊU ÂM CHẾ TẠO CÁC<br />
PHẦN TỬ PIN MẶT TRỜI HỌ Cux(In,Zn,Sn)Sy<br />
<br />
LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ KỸ THUẬT<br />
<br />
Hà Nội - 2016<br />
<br />
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO<br />
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI<br />
<br />
PHẠM PHI HÙNG<br />
<br />
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHUN PHỦ NHIỆT<br />
PHÂN QUAY ĐẦU PHUN VÀ HỖ TRỢ SIÊU ÂM CHẾ TẠO CÁC<br />
PHẦN TỬ PIN MẶT TRỜI HỌ Cux(In,Zn,Sn)Sy<br />
<br />
Chuyên ngành: Vật lý kỹ thuật<br />
Mã số: 62520401<br />
<br />
LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ KỸ THUẬT<br />
<br />
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:<br />
1. GS. TS. Võ Thạch Sơn<br />
2. PGS.TS. Nguyễn Tuyết Nga<br />
<br />
Hà Nội - 2016<br />
<br />
1<br />
<br />
Mục lục<br />
Danh mục ký hiệu và chữ viết tắt ....................................................................................... 5<br />
Danh mục hình vẽ .............................................................................................................. 8<br />
Danh mục bảng biểu ........................................................................................................ 12<br />
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 14<br />
Chương 1 ......................................................................................................................... 17<br />
Tổng quan về pin mặt trời ................................................................................................ 17<br />
1.1. Pin mặt trời ............................................................................................................ 17<br />
1.1.1. Lịch sử phát triển của pin mặt trời ................................................................... 17<br />
1.1.2. Pin mặt trời bán dẫn hợp chất .......................................................................... 17<br />
1.1.3. Chuyển tiếp đồng chất ..................................................................................... 18<br />
1.1.4. Chuyển tiếp dị chất .......................................................................................... 19<br />
1.2. Pin mặt trời màng mỏng......................................................................................... 20<br />
1.2.1. Pin mặt trời màng mỏng CIGS ........................................................................21<br />
1.2.1.1. Cấu tạo của pin mặt trời màng mỏng CIGS ................................................. 21<br />
1.2.1.2. Nguyên lý hoạt động của PMT CIGS .......................................................... 23<br />
1.2.1. Pin mặt trời sử dụng bán dẫn hợp chất III-V ....................................................26<br />
1.2.2. Pin mặt trời trên cơ sở chất bán dẫn CdTe ....................................................... 27<br />
1.2.3. Pin mặt trời trên cơ sở lớp hấp thụ họ Kesterite ............................................... 27<br />
1.2.4. Pin mặt trời trên cơ sở lớp hấp thụ họ Chalcopyrite ......................................... 29<br />
1.3. Các phương pháp chế tạo PMT màng mỏng ........................................................... 32<br />
1.3.1. Phương pháp bay hơi nhiệt ..............................................................................32<br />
1.3.2 Phương pháp phún xạ ....................................................................................... 33<br />
1.3.3 Phương pháp sol-gel .........................................................................................33<br />
1.3.4. Phương pháp phun phủ nhiệt phân ................................................................... 35<br />
Kết luận chương 1 ........................................................................................................ 37<br />
Chương 2 ......................................................................................................................... 38<br />
Nghiên cứu phát triển phương pháp phun phủ nhiệt phân hỗ trợ siêu âm quay SSPD (Spin<br />
Spray Pyrolysis Deposition) ............................................................................................. 38<br />
2.1. Xác định các thông số tối ưu của quá trình lắng đọng màng mỏng bằng phương pháp<br />
mô phỏng phần tử hữu hạn sử dụng phần mềm Ansys Fluent Ver. 15 ...........................39<br />
2.1.1. Cơ sở của phương pháp ...................................................................................39<br />
2.1.1.1. Các phương trình cơ bản được sử dụng trong mô phỏng .............................. 39<br />
2.1.2. Triển khai mô phỏng .......................................................................................41<br />
2.1.2.1. Xác định mô hình hình học.......................................................................... 41<br />
2.1.2.2. Chia lưới và xác định điều kiện biên............................................................ 41<br />
<br />
2<br />
2.1.2.3. Xác định mô hình tính toán ......................................................................... 44<br />
2.1.2.4. Chạy mô phỏng và kiểm tra tính hội tụ của bài toán .................................... 45<br />
2.1.3. Phân tích kết quả mô phỏng.............................................................................46<br />
2.1.3.1. Xác định ngưỡng làm việc của áp suất khí mang ........................................ 46<br />
2.1.3.2. Xác định khoảng cách đầu phun đến đế ....................................................... 48<br />
2.1.3.3. Xác định ngưỡng tốc độ bơm dung dịch vào đầu phun ................................ 49<br />
2.1.3.4. Đánh giá kết quả lắng đọng màng khi sử dụng tập hợp các thông số công<br />
nghệ tối ưu .......................................................................................................... 50<br />
2.2. Thiết kế và chế tạo hệ lắng đọng màng mỏng phun nhiệt phân hỗ trợ rung siêu âm<br />
quay (SSPD)................................................................................................................. 52<br />
2.2.1. Thiết kế và chế tạo hệ SSPD............................................................................ 52<br />
2.2.1.1. Đầu rung siêu âm ........................................................................................ 54<br />
2.2.1.2. Bộ định hướng khí cho đầu phun ................................................................. 54<br />
2.2.1.3. Bộ cấp khí chung ........................................................................................ 56<br />
2.2.1.4. Lò nhiệt và bộ phận điều khiển nhiệt độ ...................................................... 56<br />
2.2.1.5. Cơ cấu dịch chuyển đầu phun ...................................................................... 57<br />
2.2.2. Các thông số công nghệ của hệ SSPD.............................................................. 61<br />
2.2.2.1. Nhiệt độ đế.................................................................................................. 62<br />
2.2.2.2. Tiền chất ban đầu ........................................................................................ 62<br />
2.2.2.3. Tốc độ quay ................................................................................................ 62<br />
2.2.2.4. Khoảng cách đầu phun đến đế ..................................................................... 63<br />
2.3. Khảo sát hệ lắng đọng màng mỏng SSPD .............................................................. 63<br />
2.3.1. Hiệu ứng Pinhole............................................................................................. 64<br />
2.3.2. Diện tích lắng đọng màng ................................................................................ 65<br />
2.3.2.1. Hình thái bề mặt .......................................................................................... 65<br />
2.3.2.2. Độ truyền qua.............................................................................................. 66<br />
2.3.2.3. Cấu trúc pha tinh thể ................................................................................... 67<br />
2.3.2.4. Thành phân nguyên tố ................................................................................. 67<br />
2.3.3. Độ đồng đều trong diện tích lắng đọng ............................................................ 68<br />
2.3.3.1. Hình thái bề mặt .......................................................................................... 68<br />
2.3.3.2. Độ truyền qua.............................................................................................. 69<br />
2.3.3.3. Cấu trúc pha tinh thể ................................................................................... 70<br />
2.3.3.4. Thành phần nguyên tố ................................................................................. 70<br />
Kết luận chương 2 ........................................................................................................ 71<br />
Chương 3 ......................................................................................................................... 72<br />
Lắng đọng các lớp chức năng sử dụng trong PMT màng mỏng cấu trúc<br />
Glass/ITO/ZnO/CdS/CuxIn(ZnSn)Sy/Metal bằng phương pháp SSPD .............................. 72<br />
3.1. Nghiên cứu lắng đọng lớp ZnO .............................................................................. 73<br />
<br />
3<br />
3.1.1. Thực nghiệm ...................................................................................................73<br />
3.1.1.1. Chuẩn bị...................................................................................................... 73<br />
3.1.1.2. Lắng đọng màng ZnO ................................................................................. 73<br />
3.1.2. Kết quả và thảo luận ........................................................................................ 75<br />
3.1.2.1. Khảo sát thời gian lắng đọng màng.............................................................. 75<br />
3.1.2.2. Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ ............................................................ 76<br />
3.1.3. Kết luận .......................................................................................................... 82<br />
3.2. Nghiên cứu lắng đọng lớp đệm .............................................................................. 83<br />
3.2.1. Thực nghiệm ...................................................................................................84<br />
3.2.1.1. Chuẩn bị...................................................................................................... 84<br />
3.2.1.2. Lắng đọng màng CdS .................................................................................. 84<br />
3.2.2. Kết quả và thảo luận ........................................................................................ 85<br />
3.2.2.1. Khảo sát thời gian lắng đọng màng CdS ...................................................... 85<br />
3.2.2.2. Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ lắng đọng màng CdS ........................... 88<br />
3.2.2.3. Khảo sát tính chất của màng In2S3 lắng đọng bằng phương pháp SSPD ....... 92<br />
3.2.3. Kết luận .......................................................................................................... 95<br />
3.3. Nghiên cứu lắng đọng lớp hấp thụ ......................................................................... 96<br />
3.3.1. Nghiên cứu lắng đọng lớp Cu2ZnSnS4 bằng phương pháp SSPD .....................96<br />
3.3.1.1. Chuẩn bị thực nghiệm ................................................................................. 96<br />
3.3.1.2. Lắng đọng màng Cu2ZnSnS4 ....................................................................... 97<br />
3.3.1.3. Khảo sát tính chất màng Cu2ZnSnS4 lắng đọng bằng phương pháp SSPD.... 97<br />
3.3.2. Nghiên cứu lắng đọng lớp CuInS2 bằng phương pháp SSPD.......................... 100<br />
3.3.2.1. Chuẩn bị thực nghiệm ............................................................................... 100<br />
3.3.2.2. Lắng đọng màng CuInS2 ........................................................................... 101<br />
3.3.2.3. Khảo sát tính chất màng CuInS2 lắng đọng bằng phương pháp SSPD ........ 101<br />
Kết luận chương 3 ...................................................................................................... 107<br />
Chương 4 ....................................................................................................................... 109<br />
Nghiên cứu chế tạo và khảo sát tính chất của PMT màng mỏng đa lớp cấu trúc<br />
ITO/ZnO:n/CdS/CuInS2/Me........................................................................................... 109<br />
4.1. Chế tạo PMT cấu trúc ITO/ZnO:n/CdS/CuInS2/Me.............................................. 110<br />
4.2. Khảo sát thông số cơ bản của PMT-CIS ............................................................... 112<br />
4.2.1. Ảnh hưởng của độ mấp mô bề mặt (Rms) lớp ZnO ........................................ 112<br />
4.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ hoạt động đến thông số của PMT-CIS ..................... 114<br />
4.3. Chế tạo thử nghiệm pannel PMT-CIS kích thước 20x30 cm2 ............................... 123<br />
Kết luận chương 4 ...................................................................................................... 126<br />
KẾT LUẬN ................................................................................................................... 128<br />
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ............................ 130<br />
BẰNG ĐỘC QUYỀN SÁNG CHẾ ................................................................................ 130<br />
<br />
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
