Khoa học kỹ thuật và công nghệ

Nghiên cứu và chế tạo pin năng lượng mặt trời Cu(Zn,Sn)(S,Se)2 và Cu(In,Ga)(S,Se)2 bằng phương pháp in (17/04/2018)

Phát triển năng lượng bền vững là xu thế tất yếu nhằm bảo đảm nguồn cung cấp điện lâu dài và giảm thiểu tác động đến môi trường. Việc ứng dụng mô hình sản xuất điện bằng năng lượng mặt trời đang là hướng đi mới cho việc sản xuất, sử dụng điện an toàn, tiết kiệm và hiệu quả.

Nhằm nghiên cứu sự bám dính của molybdenum với với đế thủy tinh và khả năng chịu nhiệt tốt cũng như tính trơ của molybden khi được xử lý ở nhiệt độ cao trong môi trường khí selenium, nghiên cứu quy trình chế tạo các hạt nano (Cu(Ga,In)S₂và Cu(Zn,Sn)S₂, cũng như sự phân tán của chúng trong các dung môi khác nhau để đạt được sự ổn định cao với thời gian, nghiên cứu quy trình tổng hợp và tối ưu hóa lớp đệm và cửa sổ điện cực với nhiều vật liệu khác nhau, nghiên cứu quy trình chế tạo thiết bị pin năng lượng mặt trời sử dụng hạt nano đã tổng hợp được ở điều kiện áp suất phòng và sự ảnh hưởng của độ kết tinh, lớp đệm, lớp cửa sổ điện cực lên các đặc tính quang điện của pin đồng thời nghiên cứu và phát triển các màng mỏng sử dụng vật liệu hạt và sợi nano bạc kết hợp với hạt nano In-doped SnO₂ cho ứng dụng trong lớp cửa sổ điện cực, nhóm nghiên cứu do ông Nguyễn Duy Cường, Trường Đại học Bách Khoa đứng đầu, đã tiến hành nghiên cứu đề tài; “Nghiên cứu và chế tạo pin năng lượng mặt trời Cu(Zn,Sn)(S,Se)₂ và Cu(In,Ga)(S,Se)₂ bằng phương pháp in” với các nội dung chính bao gồm: Nghiên cứu và chế tạo lớp đế molybdenum; nghiên cứu công nghệ tổng hợp hạt nano Cu(In,Ga)S₂ và Cu(Zn,Sn)S₂bằng phương pháp thủy nhiệt phân; nghiên cứu các lớp đệm bằng các vật liệu In(OH)xSy và CdS; nghiên cứu lớp điện cực cửa sổ; nghiên cứu quy trình chế tạo các tế bào pin mặt trời. 

Bằng việc ứng dụng phương pháp phún xạ cathode với tần số radio và phún xạ một chiều để chế tạo đế molybdenum và các lớp điện cực cửa sổ AZO và ITO; Phương pháp thủy nhiệt để chế tạo các hạt nano Cu(In,Ga)S₂ và Cu(Zn,Sn)S₂. Hạt nano được tách khỏi các dung môi bằng phương pháp quay ly tâm; Các lớp hấp thụ ánh sáng và điện cực cửa sổ sử dụng hỗn hợp hạt nano ITO và dây nano Ag được chế tạo bằng phương pháp in lưới, in gạt và quay phủ; Phương pháp nhúng để chế tạo các lớp đệm In(OH)xSy; Hệ xử lý nhiệt sử dụng cho mục đích để cải thiện độ kết tinh của các lớp hấp thụ ánh sáng CIGSSe và CZTSSe và cuối cùng là ứng dụng XRD, SEM, TEM để nghiên cứu cấu trúc micro và cấu trúc pha trong mẫu cũng như kích thước hạt nano và đo bề dày. Sử dụng phép đo XPS cho nghiên cứu tính chất hóa học. Tính chất quang học được nghiên cứu bằng phép đo UV/VIS. Đặc tính điện được xác định bằng máy đo 4 mũi dò. Các thông số của tế bào quang điện được xác định bởi phép đo đường cong I-V với sự chiếu sáng của nguồn sáng mô phỏng ánh sáng mặt trời. 

Sau một thời gian triển khai thực hiện, nhóm nghiên cứu đã thu được các kết quả như sau: 

- Chế tạo thành công điện cực Mo trên đế thủy tinh với độ bám dính cao và ổn định khi được xử lý trong môi trường hơi khí selen. Kết quả này đã được đăng trên tạp chí ISI, Green Processing and Synthesis.

- Đã tổng hợp thành công hạt nano CZTS và CIGS bằng phương pháp phun nóng với kích thước hạt đồng đều và đơn pha.

- Đã tổng hợp thành công màng CdS bằng phương pháp nhúng (Chemical Bath Deposition) và đã ứng dụng để chế tạo các lớp đệm trong pin CIGSSe và CZTSSe.

- Tổng hợp thành công hạt nano ZnO trong môi trường dung môi nhiệt độ cao có kích thước hạt đồng đều và dễ dàng điều khiển được kích thước hạt từ vài nano tới hàng trăm nano, có độ phân tán cao trong các dung môi hữu cơ thông thường, cho ứng dụng trong lớp điện cực cửa sổ. Kết quả này đã được đăng trên tạp chí ISI, Journal of Alloys and Compounds.

- Chế tạo được điện cực cửa sổ sử dụng sợi nano Ag phủ ZnO lên trên bề mặt với điện trở bề mặt thấp và độ truyền qua cao. Kết quả này đã được đăng trên tạp chí ISI, Nanotechnology.

- Chế tạo thành công pin năng lượng mặt trời CZTSSe bằng phương pháp in với hiệu suất ~5%, kết quả này đã được đăng trên tạp chí ISI, Journal of Alloys and Compounds.

- Nghiên cứu và chế tạo được pin mặt trời CIGSSe với hiệu suất trên 4% bằng phương pháp in, kết quả này đã được đăng trên tạp chí ISI, Journal of Electronic Materials.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 13229/2016) tại Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia.

Nguồn: P.T.T (NASATI)/Vista.gov.vn

Cập nhật: 10/4/2018