Mô phỏng vật lý linh kiện, chế tạo và khảo sát một số lớp chính của pin mặt trời trên cơ sở màng mỏng CISS

Mô phỏng vật lý linh kiện, chế tạo và khảo sát
một số lớp chính của pin mặt trời trên cơ sở
màng mỏng CISS
Ngô Đình Sáng
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
Luận án TS Chuyên ngành: Vật lý chất rắn; Mã số 62 44 07 01
Người hướng dẫn: PGS.TS. Phạm Hồng Quang, TS. Lê Tuấn Tú
Năm bảo vệ: 2013

Abstract. Tổng quan về pin mặt trời ( PMT); Nguyên lý hoạt động của PMT CuIn1xGaxse2 (CIGS); trình bày một số phương pháp chế tạo các lớp chính của PMT dạng
CIGS và phương pháp khảo sát cấu trúc và tính chất màng mỏng. Mô phỏng các thông
số hoạt động của PMT màng mỏng CIGS bằng chương trình mô phổng AMPS-1D:
cấu trúc cơ bản và tham số đặc trưng của PMT màng mỏng CIGS; phương trình
Poisson; phương trình liên tục; mô phỏng hiệu năng hoạt động của PMT bằng AMPS1D. Nghiên cứu về chế tạo và khảo sát lớp dẫn điện truyền qua ZnO và lớp hấp thụ
CIGS bằng phương pháp điện tử xung (Pulsed Electron Deposition-PED): tìm hiểu về
thiết bị điện tử xung (PED); chế tạo màng mỏng ZnO và CIGS bằng phương pháp
PED. Chế tạo lớp hấp thụ CGS và CIGS bằng phươ ng pháp lắng đọng điện hóa:
Phương pháp Vol-Ampe vòng (Cyclic Voltammetry-CV); Ảnh hưởng của các chất tạo
phức lên quá trình lắng đọng màng hấp thụ CuGaSe (CGS) trên đế ITO; Ảnh hưởng
của thế lắng đọng điện hóa lên quá trình lắng đọng màng hấp thụ CIGS trên đế Mo;
Chế tạo thử nghiệm và khảo sát tính chất PMT trên cơ sở màng hấp thụ CIGS.
Keywords. Vật lý linh kiện; Màng mỏng CISS; Vật lý chất rắn; Pin mặt trời.


MỞ ĐẦU

Năng lượng "tái tạo" là mục tiêu hướng tới của các nhà khoa học trong
nhiều thập niên gần đây khi nguồn năng lượng truyền thống như than, dầu mỏ và
khí đốt ngày càng cạn kiệt. Thêm vào đó, sự biến đổi khí hậu toàn cầu ngày càng
trở nên nghiêm trọng. Mà nguyên nhân chính của sự biến đổi khí hậu là do nhiên
liệu hóa thạch bị đốt cháy thải vào khí quyển gây ra hiệu ứng nhà kính.

Vấn đề càng trở nên thời sự sau thảm họa kép động đất và sóng thần tại
Nhật Bản xảy ra vào ngày 11 tháng 3 năm 2011. Mà hậu quả nặng nề nhất mà
thảm họa này để lại chính là việc khắc phục sự cố phóng xạ nguyên tử. Có thể thấy
rằng vấn đề an ninh năng lượng đang hết sức nóng bỏng và là bài toán thách thức
giới khoa học công nghệ trên toàn thế giới. Trước thực trạng như vậy, giải pháp tối
ưu được các nhà nghiên cứu đưa ra chính là năng lượng tái tạo, đặc biệt là năng
lượng mặt trời - nguồn năng lượng bền vững và thân thiện với môi trường.
Chính vì vậy, pin mặt trời (PMT) đã trở thành hướng nghiên cứu được ưu
tiên hàng đầu của hầu hết các quốc gia trên thế giới. Với sự phát triển của khoa
học công nghệ, nhiều loại vật liệu khác nhau đã được thử nghiệm để chế tạo PMT.
Từ những PMT truyền thống là những tinh thể thạch anh, cho đến PMT làm bằng
vật liệu tổng hợp (hiệu suất 5,2%). Sau đó là sự ra đời của PMT là các silic tinh
thể (hiệu suất 24,7% trong ph ng thí nghiệm và khoảng 10-15 % ở quy mô sản
xuất công nghiệp). Tuy nhiên loại PMT silic có giá thành sản xuất khá cao. Vì vậy,
việc nâng cao hiệu suất và hạ giá thành của PMT là một đề tài hấp dẫn, lôi cuốn
nhiều nhà khoa học trên thế giới vào cuộc.
Với 2 tiêu chí trên, PMT màng mỏng được đánh giá là có tiềm năng đóng
góp quan trọng cho nhu cầu năng lượng toàn cầu ở thế kỷ 21 [32 .Trong số các pin
màng mỏng, loại pin màng mỏng C

S sử dụng các lớp vật liệu bán dẫn cực mỏng

có độ dày c microm t với lớp hấp thụ là hợp chất bán dẫn Cu n1-xGaxSe2 (C

1

S)


có nhiều triển vọng h n cả [100]. CuIn1-xGaxSe2 là hợp chất bán dẫn thuộc hệ Cuchalcopyrit có độ rộng v ng cấm thay đổi từ 1,0 đến 1,7 V t y th o t lệ giữa n

và

a [47 . Ngoài lớp hấp thụ, cấu tr c của pin màng mỏng C

S c n có các lớp

chính là đế, lớp dẫn điện đế, lớp đệm, lớp dẫn điện trong suốt [79 . Loại pin màng
mỏng này cần ít năng lượng h n để chế tạo và có thể được chế tạo bằng nhiều quá
trình, do đó chi phí sản xuất sẽ rẻ h n. Ngoài ra, ch ng c n rất lí tưởng cho các
ứng dụng không gian vũ trụ và thị trường điện tử cầm tay do trọng lượng nhẹ. Pin
C

S cũng rất thu h t các nhà nghiên cứu bởi độ rộng v ng cấm của ch ng là lí

tưởng. Ngoài ra tính đa tinh thể của lớp hấp thụ C
đáng kể đến hiệu quả hoạt động.
C

S cũng không làm suy giảm

ần đây, hiệu suất k lục 20,3% của loại pin

S đã được tạo ra bởi các nhà nghiên cứu tại Trung tâm nghiên cứu Năng lượng

mặt trời Đức [99 . Kết quả này đã đánh dấu một bước tiến trong quá trình tạo ra
một loại PMT màng mỏng có khả năng cạnh tranh với hiệu suất của loại pin dựa
trên silicon thông thường. Hội thảo về Năng lượng mặt trời thuộc toàn châu Âu
được tổ chức tại Milan vào tháng 9 năm 2007 đã đưa ra giải pháp giảm thiểu các
vấn đề liên quan đến môi trường của pin CIGS [89 . Qua đó ch ng ta cũng thấy
được những nỗ lực của các nhà khoa học trên thế giới để PMT màng mỏng C

S

ngày một hoàn thiện h n.
Trên thế giới hiện có một số trung tâm nghiên cứu mạnh về PMT màng
mỏng C
tổng hợp

S, điển hình là N

L (M ), Đại học tổng hợp Colorado (M ), Đại học

ppsala (Thụy Điển), Đại học Quốc gia Chonnam (Hàn Quốc). Tại các

c sở này đã và đang thực hiện các dự án lớn về PMT màng mỏng C

S, trong đó

đã có các dự án xây dựng các dây chuyền sản xuất bằng các phư ng pháp vật lý.
Tại Việt Nam, nghiên cứu PMT đã từng được bắt đầu từ khá sớm trên đối
tượng PMT silic. Cho đến nay chưa có một c sở nghiên cứu nào tại Việt Nam tiến
hành nghiên cứu về pin màng mỏng C

S. Việc sử dụng PMT c n ở mức hạn chế,

chủ yếu phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt đời sống của các địa phư ng v ng sâu, v ng
xa, các công trình nằm trong khu vực không có lưới điện. Thời gian gần đây, quy
mô sử dụng PMT đang được phát triển nhanh chóng nhưng vẫn trên c sở loại pin
2

silic thường được nhập từ nước ngoài dưới dạng bán thành ph m. ần đây nhất, nhà
máy sản xuất tấm PMT đầu tiên tại Việt Nam đã được khánh thành vào ngày
27/4/2009 tại cụm công nghiệp Đức H a Hạ (huyện Đức H a, t nh Long An). Sản
ph m chính của nhà máy là các tấm pin năng lượng mặt trời có thể cung cấp điện
năng 5 MW/năm. Nhà máy sẽ sản xuất linh kiện lắp ráp pin từ nguyên liệu trong
nước và đầu tư xây dựng nhà máy sản xuất c lls (tế bào quang điện) từ các thỏi
silic. Đây là công trình tiên phong trong công nghệ cao về năng lượng và là kết quả
của sự hợp tác giữa TP.HCM và v ng

hôn -Alpes (Pháp). Ngoài ra còn có các

nhóm nghiên cứu PMT tại một số đ n vị nghiên cứu uy tín như: Viện Khoa học Vật
liệu thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam với hướng nghiên cứu chấm
lượng tử ứng dụng cho PMT; Ph ng thí nghiệm Phân tích và Đo lường vật lý, Viện
Vật lý k thuật, Đại học Bách khoa Hà Nội; Ph ng thí nghiệm Công nghệ nano
thuộc Trường Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh th o hướng nghiên cứu PMT
d ng vật liệu chính là TiO2 được nh ng vào dung dịch tạo màu với hợp chất hữu c
chứa kim loại có màu xanh; … Như vậy, cũng như hầu hết các nước trên thế giới,
điện mặt trời có nhu cầu và tiềm năng rất lớn ở nước ta. Các thông tin cũng cho thấy
tuy PMT có lớp hấp thụ trên c sở màng mỏng C

S đã được nghiên cứu ở nhiều

nước trên thế giới nhưng lại là l nh vực rất mới mẻ ở Việt Nam. Đặc biệt, phư ng
pháp điện hóa đang là đề tài hấp dẫn trên thế giới và càng tỏ ra thích hợp với điều
kiện của Việt Nam.
Tuy nhiên, để PMT màng mỏng C

S đáp ứng được nhu cầu ngày càng

cao của nhân loại thì các nhà nghiên cứu phải khắc phục được những hạn chế của
loại pin này. Hạn chế lớn nhất của pin C

S là hiệu suất chưa cao và tính chưa ổn

định ở quy mô sản xuất công nghiệp. Để giải quyết bài toán này, các nhà khoa học
phải chế tạo được các lớp riêng rẽ của cấu tr c pin có các đặc tính tối ưu, phải hiểu
được mối liên quan giữa điều kiện chế tạo với tính chất vật liệu, giữa các tính chất
của các lớp riêng rẽ với hiệu năng hoạt động của toàn bộ cấu tr c, phải đi tìm các
phư ng pháp đ n giản, rẻ tiền h n.

3


Trong các lớp cấu thành của một PMT màng mỏng C

S, lớp hấp thụ C

và lớp dẫn điện trong suốt ZnO là quan trọng h n cả. Đối với lớp hấp thụ C

S

S, có

nhiều phư ng pháp chế tạo đã và đang được nghiên cứu. Có thể chia các phư ng
pháp này thành hai nhóm, nhóm các phư ng pháp cần chân không bao gồm: đồng
bốc bay từ các nguyên tố riêng rẽ, bốc bay từ hợp chất, lắng đọng h i hóa học, phún
xạ catot, pitaxy ch m phân tử, lắng đọng điện tử xung, lắng đọng bằng xung laz ,
nhóm các phư ng pháp không cần chân không bao gồm: lắng đọng điện hóa, lắng

đọng bởi nhiệt phân, phun s n nhiệt. Ưu điểm các phư ng pháp cần chân không là
tạo được mẫu có chất lượng tốt, dễ điều khiển thành phần mẫu. Nhược điểm của các
phư ng pháp này là cần thiết bị đắt tiền, nguyên liệu đắt tiền, hiệu suất sử dụng
nguyên liệu thấp và quy mô chế tạo nhỏ. Các phư ng pháp không chân không có ưu
điểm là đ n giản, có thể chế tạo với quy mô lớn, nguyên liệu ban đầu rẻ, hiệu suất
sử dụng nguyên liệu cao. Các phư ng pháp này lại có nhược điểm là chất lượng
mẫu không cao (xốp, kích thước hạt tinh thể nhỏ, độ bám dính hạn chế và khó
khống chế thành phần mong muốn).
Trong các phư ng pháp không chân không, phư ng pháp điện hóa (EDElectrodeposition) đang tỏ ra có nhiều triển vọng nhất. Tuy nhiên, đây cũng là
phư ng pháp mà các tính chất của mẫu phụ thuộc rất mạnh vào điều kiện chế tạo.
Phư ng pháp chế tạo lớp hấp thụ C

S bằng điện hóa được đề xuất từ năm 1983

[33 bởi nhóm các nhà khoa học tại N

L ( SA). Do có ưu điểm c bản là đ n

giản, tiêu tốn ít năng lượng, nguyên liệu mà từ đó đến nay, rất nhiều nhóm nghiên
cứu đã tham gia vào l nh vực này. Các nghiên cứu liên quan đến chế tạo màng
mỏng C

S bằng điện hóa bao gồm nhiều vấn đề khác nhau như cấu tạo buồng

điện hóa, các quy trình, các loại vật liệu ban đầu, nồng độ chất h a tan, loại dung
dịch và nồng độ dung dịch h a tan, điện thế làm việc, loại và nồng độ chất hỗ trợ
độ dẫn dung dịch. Ngoài ra c n có các nghiên cứu tập trung vào các giải pháp xử
lý bổ trợ để tăng cường chất lượng mẫu. Các phư ng pháp vật lý bổ trợ bao gồm
selen hoá, bốc bay chân không, ph n xạ catot và ủ xử lý nhiệt. Hiệu suất chuyển

4


đổi năng lượng k lục của PMT trên c sở lớp hấp thụ CIGS chế tạo bằng điện hóa
là 15,4% [12].
Đối với lớp dẫn điện trong suốt, cụ thể là lớp ZnO, các phư ng pháp chân
không tỏ ra thích hợp h n. Lắng đọng màng mỏng bằng xung laz (PLD) đã được
sử dụng khá phổ biến để chế tạo lớp ZnO với ưu điểm nổi bật là khả năng tạo mẫu
có thành phần giống với thành phần của bia vật liệu. Tuy nhiên k thuật này có
một số nhược điểm, đó là giá thành cao, sử dụng khí độc, nguy hiểm cho mắt và
kém hiệu quả đối với các vật liệu trong suốt với bước sóng laz (các vật liệu bán
dẫn có độ rộng v ng cấm rộng).

ần đây, một phư ng pháp mới chế tạo màng

mỏng đã được phát triển, đó là phư ng pháp lắng đọng xung điện tử (Puls d
Electron Deposition - P D). Như tên gọi của nó, phư ng pháp này sử dụng ch m
tia điện tử năng lượng cao dưới dạng xung để bắn phá bề mặt bia vật liệu. Phư ng
pháp này đã khắc phục được những nhược điểm trên của PLD, đặc biệt, năng
lượng của ch m tia điện tử sẽ được hấp thụ ngay cả đối với vật liệu có độ rộng
v ng cấm lớn. Do vậy, P D được chờ đợi là phư ng pháp thích hợp để chế tạo lớp
ZnO. Hạn chế của P D là không thích hợp để chế tạo các màng mỏng là vật liệu
có hệ số truyền nhiệt lớn. So với PLD, phư ng pháp P D có tốc độ lắng đọng cao
h n hẳn PLD nếu vật liệu có độ truyền nhiệt không quá cao. Hợp chất CIGS là
chất bán dẫn có hệ số truyền nhiệt khá thấp, do đó ch ng tôi cũng hy vọng có thể
sử dụng P D để chế tạo lớp hấp thụ C

S. Trong khuôn khổ dự án T

A,

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã được trang bị một thiết bị P D hiện đại.
Việc thử nghiệm chế tạo lớp hấp thụ C

S bằng P D cũng sẽ có ý ngh a rất lớn.

Tại Bộ môn Vật lý Nhiệt độ thấp, một nhóm các nhà khoa học do PGS.TS.
Phạm Hồng Quang chủ trì đang thực hiện đề tài NAFOST D 103.02.59.09 về
PMT màng mỏng C

S. Luận án của tôi được thực hiện dưới sự hướng dẫn của

PGS.TS. Phạm Hồng Quang và TS. Lê Tuấn T , do đó tôi cũng là một thành viên
của đề tài với tư cách là nghiên cứu sinh. Nội dung của luận án là một phần nội
dung của đề tài.

5


Trên c sở các vấn đề đã trình bày ở trên, ch ng tôi lựa chọn hướng nghiên
cứu của luận án là: “
CIGS”
Mục tiêu của luận án: Luận án đặt ra hai mục tiêu: (i) Thực hiện mô phỏng
hoạt động của một cấu tr c PMT màng mỏng C

S hoàn ch nh bằng phần mềm

AMPS-1D (Analysis of Microelectronic and Photonic Structures-1 Dimension); (ii)
Chế tạo được các lớp chính của PMT: lớp dẫn điện đế Mo, lớp dẫn điện trong suốt
ZnO, lớp hấp thụ C

S bằng hai phư ng pháp: phư ng pháp lắng đọng điện tử

xung và phư ng pháp lắng đọng điện hóa; khảo sát các tính chất vật lý của các lớp
đã chế tạo, xác định mối quan hệ giữa công nghệ chế tạo và các tính chất đó nhằm
đưa ra một quy trình chế tạo tối ưu. Tiến hành khảo sát đặc tính quang điện của lớp
hấp thụ C

S lắng đọng bằng phư ng pháp điện hóa. Từ đó đánh giá khả năng

chuyển đổi quang điện của lớp hấp thụ này trong ứng dụng chế tạo PMT.
Phương pháp nghiên cứu: Luận án được tiến hành bằng phư ng pháp thực
nghiệm kết hợp với mô phỏng. Hiệu năng hoạt động của PMT màng mỏng C
thu được từ chư ng trình mô phỏng AMPS-1D. Các lớp C

S

S chế tạo bằng lắng

đọng điện hóa được thực hiện trên hệ điện hóa WMP 1000 tại Ph ng thí nghiệm
Photonic &

l ctronic Thin Film, Đại học Quốc gia Chonnam, Hàn Quốc và hệ

AutoLab 3020 N tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQ
điện đế Mo được chế tạo bằng hệ ph n xạ Catot
suốt ZnO và lớp hấp thụ C

Hà Nội. Lớp dẫn

niv x 450; lớp dẫn điện trong

S được chế tạo bằng hệ lắng đọng điện tử xung P D

tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQ

Hà Nội. Cấu tr c, hình thái học của

mẫu được xác định bằng phép nhiễu xạ tia X (XDR), kính hiển vi điện tử quét
(SEM); tính chất quang của mẫu được xác định bằng phép đo phổ hấp thụ (UVVIS). Các phép đo này được thực hiện trên các hệ máy Sim ns 5005 và

V-2450

Shimadzu tại Trung tâm Khoa học vật liệu (CMS), Đại học Khoa học Tự nhiên,
ĐHQ Hà Nội. Các tính chất điện của mẫu được xác định bằng phép đo điện trở và
hiệu ứng Hall th o phư ng pháp Van d r Pauw trên hệ đo Quantum Design-Ever
Cool r tại Đại học Quốc gia Singapor .
6


Nội dung của luận án: Phần đầu của luận án trình bày tình hình nghiên cứu
PMT trên thế giới và tại Việt Nam, trong đó PMT màng mỏng C

S được trình bày

khá chi tiết. Tiếp th o là các vấn đề về chư ng trình mô phỏng AMPS-1D và ứng
dụng của nó trên đối tượng một PMT C

S hoàn ch nh. Tiếp th o là phần thực

nghiệm và các kết quả nghiên cứu chế tạo các mẫu màng ZnO, C

S bằng hai

phư ng pháp lắng đọng điện hóa và P D. Cuối c ng là chế tạo thử một PMT với
lớp hấp thụ C

S lắng đọng bằng phư ng pháp điện hóa và kết quả khảo sát tính

chất quang điện của ch ng.
Bố cục của luận án: Luận án được viết thành 149 trang, bao gồm phần mở
đầu, 4 chư ng nội dung, kết luận và cuối c ng là tài liệu tham khảo. Cụ thể, cấu tr c
của luận án như sau:
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan về PMT màng mỏng trên c sở lớp hấp thụ C

S.

Chương 2: Chư ng trình mô phỏng AMPS-1D, kết quả mô phỏng các thông
số hoạt động của PMT.
Chương 3: Chế tạo lớp hấp thụ C

S và lớp dẫn điện truyền qua ZnO bằng

phư ng pháp điện tử xung P D.
Chương 4: Chế tạo lớp hấp thụ C S và C

S bằng phư ng pháp điện hóa.

Kết luận chung

Tài liệu tham khảo
Các kết quả chính của luận án được công bố trong 03 bài báo trên các tạp chí
trong nước và 02 bài báo trên tạp chí quốc tế, báo cáo tại 02 hội nghị quốc tế và 02
hội nghị trong nước.
Ngoài ra tác giả c n thống kê các công trình khoa học đã cộng tác nghiên
cứu trong quá trình làm nghiên cứu sinh và tham gia các đề tài NCKH với các nhà
khoa học và các đồng nghiệp tại bộ môn Vật lý Nhiệt độ thấp, Trường Đại học
Khoa học Tự nhiên.

7


TÀI LIỆU THAM KHẢO
TIẾNG VIỆT

[1].

Nguyễn Năng Định (2005), Vật lí và kỹ thuật màng mỏng, Nhà xuất bản
Đại học Quốc Gia Hà Nội, Hà Nội.

[2].

Trương Ngọc Liên (2000), Điện hóa lý thuyết, Nhà xuất bản Khoa học và
Kĩ thuật, Hà Nội.

[3].

Nguyễn Văn Minh (2009), Cơ sở vật lí của quang học vật rắn, Nhà xuất
bản Đại học Sư phạm, Hà Nội.

[4].

Phùng Hồ, Phan Quốc Phô (2001), Giáo trình vật lí bán dẫn, Nhà xuất bản
Khoa học và Kĩ thuật, Hà Nội.

[5].

Lê Xuân Thê (2006), Dụng cụ bán dẫn và vi mạch, Nhà xuất bản Giáo dục,
Hà Nội.

TIẾNG ANH

[6].

Abrantes I. M., Araujo L. V., Veli D. (1995), “Voltammetric study on
copper deposition/dissolution reactions in aqueous chloride solutions”,
Minerals Engineering 8(12), pp. 1467-1475.

[7].

Aga R. S., Jr., Cox C. , Ueda A. , Jackson E. , Collins W. E. , and Mu R.
(2006), “Influence of background gas pressure charging potential and target
distance on the spot size ablated by single pulsed electron beam” J. Vac.
Sci. Technol. A 24(6), pp. 11-14.

[8].

Albin D. S., Carapella J., Tuttle J. R., and Noufi R. (1992), “The effect of
copper vacancies on the optical bowing of chalcopyrite Cu(In,Ga)Se2
alloys”, Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 228, pp. 267-272.

139


[9].

Andriesh A. M., Verlan V. I., Malahova L. A. (2003), “Deposition of
heterostructures based on CIGSE and CdS by electron-beam ablation”,
Journal of Optoelectronics and Advanced Materials 5(4), pp. 817-821.

[10]. Bhattacharya R.N., Batchelor W., Grannata J. E., Hasoon H., Wiensner H.,
Ramanathan K., Keane J., Noufi R. N. (1998), “CuIn1-xGaxSe2-based
photovoltaic cells from electrodeposited and chemical bath deposited
precursors”, Solar Energy Materials and Solar Cells 55, pp. 83-94.
[11]. Bhattacharya R.N., Ramanathan K. (2004), “Cu(In,Ga)Se2 thin film solar
cells with buffer layer alternative to CdS”, Solar Energy 77, pp. 679-683.
[12]. Bhattacharya R.N., Hiltner J. F., Batchelor W., Contreras M. A., Noufi R.
N., Sites J. R. (2000), “15.4% CuIn1-xGaxSe2-based on photovoltaic cells
from solution based precursor films”, Thin Solid Film 361, pp. 396-399.
[13]. Bouabid K., Ihlal A., Manar A., Outzourhit A., Ameziane E. L. (2005),
“Effect of deposition and annealing parameters on the properties of
electrodeposited CuIn1-xGaxSe2 thin films”, Thin Solid Films 488, pp. 6267.
[14]. Bouloufa A., Djessas K., Zegadi A. (2007), “Numerical simulation of
CuIn1-xGaxSe2 solar cells by AMPS-1D”, Thin Solid Films 515, pp. 62856287.
[15]. Calixto M. E., Bhattacharya R. N., Sebastian P. J., Fernandz A. M.,
Gamboa S. A., Noufi R. N. (1998), “Cu(In,Ga)Se2 based photovoltaic
structure by electrodeposition and processing”, Solar Energy Materials and
Solar Cells 55, pp. 23-29.
[16]. Burgelman M., Verschregen J., Degrave S., Nollet P. (2004), “Modeling
Thin-film PV Devices”, Prog. Photovolt: Res. Appl. 12, pp. 143-153.

[17]. Chandra V., Manoharan S. S. (2008), “Pulsed electron beam deposition of
highly oriented thin films of polytetrafluoroethylene”, Applied Surface
Science 254, pp. 4063-4066.

140


[18]. Chen Y., Bagnall D. M., Koh H. J., Park K. T., Hiraga K., Zhu Z. Q., and
Yao T. (1998), “Plasma assited molecular beam epitaxy of ZnO on c- plane
sapphire: Growth and characterization”, J. Appl. Phys. 84(7), pp. 39123918.
[19]. Chopra K. L, Major S., and Pandya D. K. (1983), “Transparent conductors
– A status review”, Thin Solid Films 102(1), pp. 1-46.
[20]. Choudhary R. J., Ogale S. B., Shinde S. R., Kulkarni V. N., Venkatesan T.,
Harshavardhan K. S., Strikovski M., Hannoyer B. (2004), “Pulsed-electronbeam deposition of transparent conducting SnO2 films and study of their
properties” Appl. Phys. Lett. 84(9), pp. 1483-1485.
[21]. Christen H. M., Lee D. F., List F. A., Cook S. W., Leonard K. J., Heatherly
L., Martin P. M., Paranthaman M., Goyal A., and Rouleau C. M. (2005),
Superconductor Science and Technology 18, pp. 1168-1175.
[22]. Comini E., Faglia G., Sberveglieri G., Pan Z. W., and Wang Z. L. (2002),
“Stable and highly sensitive gas sensors based on semiconducting oxide
nanobelts”, Appl. Phys. Lett. 81(10), pp. 1869-1871.
[23]. Dediu V. A., Lopez J., Matacotta F. C., Nozar P., Ruani G., Zamboni R.,
Taliani C. (1999), “Micro-Raman and resistance measurements of epitaxial
La0.7Sr0.3MnO3 films”, Phys. Stat. Sol. B 215(1), pp. 625-629.
[24]. Dicov C., Marinov M., Maciel H., Grigorov K., Nedkov I., Beshkov G.
(2005), “Properties of Cr and Mo thin films deposited by RF sputtering”,
Journal of Optoelectronics and Avanced Materials 7(1), pp. 385-387.
[25]. Dikovska A. O., Atanaskov P. A., Dimitrov J. G., Imamova S. E., Vasilev
T. (2009), “Transparent conductive Al doped ZnO thin films produced by
pulsed laser deposition”, Journal of Optoelectronics and Advanced

materials 11(10), pp. 1517-1520.
[26]. Eberspacher C., Pauls K., and Serra J. (2002), “Non-Vacuum Processing of
CIGS Solar Cells”, Proc. 29th IEEE PV Spec. Conf., New Orleans, pp. 684687.

141


[27]. Eray A., Nobile G. (2004), “AMPS-1D Modeling of a-Si:H n+-i-n+
Structure: the Validity of Space Charge Limited Current Analysis”, Turk J.
Phys. 28, pp. 31-39.
[28]. Fernandez A. M., Bhatacharya R.N. (2005), “Electrodeposition of CuIn1xGaxSe2

precursor

films:

optimization

of

film

composition

and

morphology”, Thin Solid Films 474, pp. 10-13.
[29]. Friedfeld R., Raffelle R. D., Mantovani J. G. (1999), “Electrodeposition of
CuInxGa1-xSe2 thin films”, Solar Energy Materials & Solar Cells 58, pp.
375-385.

[30]. Gal D., Hodes G., Lincot D., Schock H. W. (2000), “Electrochemical
deposition of zinc oxide films from non-aqueuos solution: a new
buffer/window process for thin film solar cells”, Thin Solid Films 361, pp.
79-83.
[31]. Ganchev M., Kois J., Kaelin M., Bereznev S., Tzvetkova E., Volubuzeva
O., Stratieva N., Tiwari A. (2006), “Preparation of Cu(In,Ga)Se2 layer by
selenization of electrodeposited Cu-In-Ga precursor”, Thin Solid Films 511512, pp. 325-327.
[32]. Gloeckler M. (2005), Numerical Modeling of CIGS Solar Cells, Ph.D.
Thesis, Department of Physics of Master of Science Colorado State
University Fort Collins, Colorado.
[33]. Gloeckler M. and Sites J. R. (2005), “Potential of submicronmeter thickness
Cu(In,Ga)Se2 solar cells”, J. Appl. Phys. 98(103703), pp. 1-7.
[34]. Green M. A. (2003), Proc. 3rd World Conf. Photovoltaic Energy
Conversion, paper OPL–02, Osaka.
[35]. Green M. A., Emery K., Hishikawa Y., Warta W. (2009), “Solar cell
efficiency tables – Version 34”, Prog. Photovolt: Res. Appl. 17, pp. 320326.

142


[36]. Gupta A., and Compaan A. D. (2005), High efficiency 1 micron thick
sputtered CdTe solar cells, 31st IEEE PV Specialists Conference,
Piscataway, NY, pp. 235-238.
[37]. Hariskos D., Spiering S., Powalla M. (2005), “Buffer layers in
Cu(In,Ga)Se2 solar cells and modules”, Thin Solid Films 480, pp. 99-109.
[38]. Hashimoto Y., Kohara N., Negami T., Nishitani M., and Takahiro W.
(1996), “Surface Characterization of Chemical Treated Cu(In,Ga)Se2 Thin
Films”, Jpn. J. Appl. Phys. 35, pp. 4760-4764.
[39]. Hermann A. M., Westfall R., Wind R. (1998), “Low-cost deposition of
CuInSe2 (CIS) films for CdS/CIS solar cells”, Solar Energy Material and

Solar Cells 52, pp. 355-360.
[40]. Hirata G.A., McKittrick J., Siqueiros J., Lopez O. A., Cheeks T., Contreras
O., and Yi J. Y. (1996), “High transmittance-low resistivity ZnO: Ga films
by laser ablation”, J. Vac. Sci. Technol. A 14(3), pp. 791-794.
[41]. Huang L., Li X., Zhang Q., Miao W., Zhang L., Yan X., Zhuang Z., and
Hua Z. (2005), “Properties of transparent conductive In2O3:Mo thin films
deposited by Channel Spark Ablation”, J. Vac. Sci. Technol. A, 23(5), pp.
1350-1353.
[42]. Huang C. H., Li S. S., Anderson T. J. (2002), “Device modeling and
simulation of CIS-based solar cells”, Photovoltaic Specialists Conference,
Conference Record of the Twenty-Ninth IEEE, pp. 748-751.
[43]. Jackson E. , Aga R., Jr., Steigerwald A. , Ueda A. , Pan Z. , Collins W. E. ,
and Mu R. (2008), “Characterization of CdTe Nanoparticles Fabricated by
Pulsed Electron Deposition Technique at Different Ablation parameters”,
AIP Conf. Proc. 991, pp. 90-93.
[44]. Jackson P., Hariskos D., Lotter E., Paetel S., Wuerz R., Menner R.,
Wischmann W., and Powalla M. (2011), “New world record efficiency for
Cu(In,Ga)Se2 thin-film solar cells beyond 20%”, Progress in Photovoltaics:
Research and Applications 19(7), pp. 894-897.

143


[45]. Jiang X. L., and Xu N. (1989), “Preparation of dense films of crystalline
ZrO2 by intense pulsed-electron-beam ablation”, J. Appl. Phys. 66(11), pp.
5594-5597.
[46]. Jonas M., and Marc B. (2007), Empirical J-V modelling of CIGS solar cells,
Proceedings of NUMOS, Workshop on Modelling of Thin Film Solar Cells,
pp. 227-233.
[47]. Johansson J. (2007), Modelling and Optimization of CIGS Solar Cell

Modules, Master Thesis, Lunds university.
[48]. Kampmann A., Sittinger V., Rechid J., R. Reineke-Koch (2000), “Large
area electrodeposition of Cu(In,Ga)Se2”, Thin Solid Films 361-362, pp.
309-313.
[49]. Kang F., Ao J., Sun G., He Q., Sun Y. (2010), “Properties of CuInxGa1-xSe2
thin films grown from electrodeposited precursors with different levels of
selenium content”, Current Appl. Phys. 10, pp. 886-888.
[50]. Kapur V. K., Bansal A., Le P., and Asensio O. I. (2003), “Non-Vacuum
Processing for CIGS Solar Cells on Rigid and Flexible Substrates using
nanoparticle precursor inks”, Thin Solid Films 431-432, pp. 53-57.
[51]. Kovaleski S. D., Gilgenbach R. M., Ang L. K., and Lau Y. Y. (1999),
“Electron beam ablation of materials”, J. Appl.Phys. 86, pp. 7129-7138.
[52]. Krajewski T. A., Luka G., Wachnicki L., Jakiela R., Witkowski B.,
Guziewicz E., Godlewski M., Huby N., Tallarida G. (2009), “Optical and
electrical characterization of defects in zin oxide thin films grown by
atomic layer deposition”, Optica Applicata XXXIX(4), pp. 865-874.
[53]. Kyoung P. Ko, Seung H. Moon, Kyu J. Song, Park Chan, Sang Im Yoo
(2005), “High quality SmBa2Cu3O7-δ thin films on SrTiO3 (100) substrates
deposited by pulsed electron beam deposition”, IEEE Transactions on
Applied Superconductivity 15(2), pp. 3054-3057.

144


[54]. Lai Y., Liu F., Zhang Z., Liu J., Li Y., Kuang S., Li J., Liu Y. (2009),
“Cyclic voltammetry study of electrodeposition of Cu(In,Ga)Se2 thin
films”, Electrochim. Acta 54, pp. 3004-3010.
[55]. Lewis N. S. (2007), “Powering the Planet”, Mrs Bulletin 32, pp. 808-820.
[56]. Liu Y., Gorla C. R., Liang S., Emanetoglu N., Lu Y., Shen H., and Wraback
M. (2000), “Ultraviolet Detectors Based on Epitaxial ZnO Films Grown by

MOCVD”, J. Electron. Mater. 29(1), pp. 69-74.
[57]. Liu J., Liu F., Lai Y., Zhang Z., Li J., Liu Y. (2011), “Effects of sodium
sulfamate on electrodeposition of Cu(In,Ga)Se2 thin film”, J. Electroanal.
Chem. 651, pp. 191-196.
[58]. Look D. C. (2001), “Recent advances in ZnO materials and devices”,
Mater. Sci. Eng. B 80, pp. 383-387.
[59]. Look D. C., Reynolds D. C., Sizelove J. R., Jones R. L., Litton C. W.,
Cantwell G., and Harsch W. C. (1998), “Electrical properties of bulk ZnO”,
Solid State Commun.105(6), pp. 399-401.
[60]. Malm U. (2008), Modelling and Degradation Characteristics of Thin-Film
CIGS Solar Cells, PhD. Thesis, Uppsala University.
[61]. Marudachalam M., Birkmire R. W., Hichri H., Schultz J. M., Swartzlander
A., Al-Jassim M. M. (1997), “Phases, morphology, and diffussion in
CuInxGa1-xSe2 thin films”, J. Appl. Phys. 82(6), pp. 2896-2905.
[62]. Massaccesi S., Sanchez S., Vedel J. (1996), “Electrodeposition of indium
selenide In2Se3”, J. Electroanal. Chem. 412, pp. 95-101.
[63]. Mishra K. K., Rajeshwar K. (1989), “A voltammetric study of the
electrodeposition chemistry in the Cu + In + Se system”, J. Electroanal.
Chem. 271, pp. 279-294.
[64]. Muller G., Konijnenberg M., Kraft G., and Schultheiss C. (1995), Science
and Technology of Thin Films, pp. 89-119.

145


[65]. Nampoori H. V., Rincon V., Chen M., and Kotru S. (2010), “Evaluation of
indium tin oxide films grown at room temperature by pulsed electron
deposition”, J. Vac. Sci. Technol. A 28(4), pp. 671-674.
[66]. Nistor M., Mandache N. B and Perriere J. (2008), “Pulsed electron beam
deposition of oxide thin films”, J. Phys. D: Appl. Phys. 41, pp. 165205165215.

[67]. Ohta J., Sakurada K., Shih F. Y., Kobayashi A., Fujioka H. (2009),
“Growth of group III nitride films by pulsed electron beam deposition”,
Journal of Solid State Chemistry 182, pp. 1241-1244.
[68]. Park S. M., Ikegami T., Ebihara K., Shin P. K. (2006), “Structure and
properties of transparent conductive doped ZnO films by pulsed laser
deposition”, Applied Surface Science 253, pp. 1522-1527.
[69]. Petersen M. D. (2001), Numerical simulation of the performance
characteristics, instability, and effects of band gap grading in cadmium
telluride based photovoltaic devices, Master of Science Thesis, Iowa State
University, Iowa.
[70]. Porter H. L., Mion C., Cai A. L., Zhang X., Muth J. F. (2005), “Growth of
ZnO films on C-plane (0001) sapphire by pulsed electrodeposition (PED)”,
Material Science and Engineering B 119, pp. 210-212.
[71]. Prins M W J, Grosse Holz K O, Muller G, Cillessen J F M, Giesbers J B,
Weening R. P., and Wolf R. M. (1996), “A feroelectric transparent thin-film
transistor” Appl. Phys. Lett. 68(25), pp. 3650-3652.
[72]. Pudov O. A. (2005), Impact of secondary barriers on CuIn1-xGaxSe2 solar
cells operation, PhD. Thesis, Colorado State University, Colorado.
[73]. Repinst I., Contreras M. A., Egaas B., DeHart C., Scharf J., Perkins C. L.,
To B., Noufi R. (2008), “19.9%-efficient ZnO/CdS/CuInGaSe2 Solar Cell
with 81.2% Fill Factor”, Prog. Photovolt. Res. Appl. 16, pp. 235-239.
[74]. Renganathan

N.

G.,

Subramania

M.

V.,

Mohan

S.

(2011),

“Electrodeposition route to synthesize CIGS films-an economical way to

146


harness solar energy”, International Journal of Engineering, Science and
Technology 3(1), pp. 206-212.
[75]. Scofield J. H., Asher S., Albin D., Tuttle J., Contreras M., Niles D., Reedy
R., Tennant A., Noufi R. (1995), “Sodium diffusion, selenization, and
microstructural effects associated with various molybdenum back contact
layers for CIS-based solar cells”, Proc. of the 24th IEEE Photovoltaic
Specialists Conference, pp. 164-167.
[76]. Scofield J. H., Duda A., Albin D. (1995), “Sputtered Molybdenum Bilayer
Back Contact for Copper Indium Diselenide-Based Polycrystalline ThinFilm Solar Cells”, Thin Solid Films 260(1), pp. 26-31.
[77]. Sebastian P. J., Calixto M. E., Bhattacharya R. N., Noufi R. (1999), Solar
Energy Materials and Solar Cells 59, pp. 125-135.
[78]. Sene C., Ndiaye B., Dieng M., Mbow B., Nguyen Cong H. (2009),
“CuIn(Se,S)2 based photovoltaic cells from one-step electrodeposition”,
International Journal of Physics Science 4(10), pp. 562-570.
[79]. Shafamann W. N., and Stolt L. (2003), Handbook of Photovoltaic Science
and Engineering, pp. 564-616.

[80]. Stark R., Christiansen J., Frank K., Mucke F., and Stetter M. (1995),
“Pseudospark produced pulsed electron beam for material processing”,
IEEE Trans.Plasma Sci. 23(3), pp. 258-264.
[81]. Strikovski M. and Harshavardhan K.S. (2003), “Parameters that control
pulsed electron beam ablation of materials and film deposition processes”,
Appl. Phys. Lett. 82(6), pp. 853-855.
[82]. Strikovski M. , Kim J. and Kolagani S. H. (2010), Springer Handbook of
Crystal Growth, Part E, pp. 1193-1211.
[83]. Tadeev A. V., Delabouglise G., and Labeau M. (1999), “Sensor properties
of Pt doped SnO2 thin films for detecting CO”, Thin Solid Films 337(1-2),
pp. 163-165.

147


[84]. The

Center

for

Nanotechnology

Education

and

Utilization

The

Pennsylvania State University Park, PA 16802, “A Manual for AMPS –
1D”.
[85]. Thomas D. G. (1960), “The exciton spectrum of Zinc oxide”, J. Phys.
Chem. Solids 15, pp. 86-96.
[86]. Thouin L., Rouquette-Sanchez S., Vedel J. (1993), “Electrodeposition of
Copper-Selenium binaries in a citric acid medium”, Electrochim. Acta
38(16), pp. 2387-2394.
[87]. Tripathi S., Venkataramani N., Dusane R. O., Schroeder B. (2006), “Onedimensional simulation study of microcrystalline silicon thin films for solar
cell and thin film transistor applications using AMPS-1D”, Thin Solid Films
501, pp. 295-298.
[88]. UNDP, UNDESA & WEC (United Nations Development Programme,
United Nations Department of Economic and Social Affairs, World Energy
Council) (2000), World Energy Assessment, New York.
[89]. Vasilis M. F., Kim H. C. (2007), “Cu(InGa)Se2 thin-film solar cells:
comparative life-cycle analysis of buffer layers”, 22nd European
Photovoltaic Solar Energy Conference, Milan.
[90]. Venkata Rao G., Hema Chandra G., Sreedhara Reddy P., Hussain O. M.,
Ramakrishna Reddy K. T., Uthanna S. (2002), “Influence of substrate
temperature on the structural and optical properties of Cu0.5Ag0.5InSe2”, J.
Optoelectron. Adv. Mater. 4(2), pp. 387-392.
[91]. Vispute R. D., Talyansky V., Trajanovic Z., Choopun S., Downes M.,
Sharma R. P., Venkatesan T., Woods M. C., Lareau R. T., Jones K. A., and
Iliadis A. A. (1997), “High quality crystalline ZnO buffer layers on
sapphire (001) by pulsed laser deposition for III-V nitrides”, Appl. Phys.
Lett. 70(20), pp. 2735-2737.
[92]. Wang X., Li S. S., Kim W. K., Yoon S., Craciun V., Howard J. M.,
Easwaran S., Manasreh O. D., Anderson T. J. (2006), “Investigation of

148

rapid thermal annealing on Cu(In,Ga)Se2 films and solar cells”, Solar
Energy Materials & Solar Cells 90, pp. 2855-2866.
[93]. Wei S. H., Zhang S. B., and Zunger A. (1998), “Effects of Ga addition to
CuInSe2 on its electronic, structural, and defect properties”, Appl. Phys.
Lett. 72(24), pp. 3199-3201.
[94]. Yamaguchi T., Yamamoto Y., Tanaka T., Tanahashi N., and Yoshida A.
(1998), “Influence of annealing temperature on the properties of
Cu(In,Ga)Se2 thin films by thermal crystallization in Se vapor”, Sol. Energy
Mater. and Sol. Cells 50(1-4), pp. 1-6.
[95]. Zank J., Mehlin M., Fritz H. P. (1996), “Electrochemical codeposition of
indium and gallium for chalcopyrite solar cells”, Thin Solid Films 286(1),
pp. 259-263.
[96]. Zhan P., Li Z., and Zhangjun Zhang (2011), “Preparation of Highly
Textured ZnO Thin Films by Pulsed Electron Deposition”, Materials
transactions 52(9), pp. 1764-1767.
[97]. Zhang L., Jiang F. D., Feng J. Y. (2003), “Formation of CuInSe2 and
Cu(In,Ga)Se2 films by electrodeposition and vacuum annealing treatment”,
Sol. Energy Mater. Cells 80, pp. 483-490.
[98]. Zhang B. P., Walcatsuki K., Binh N. T., Usami N., and Segawa Y. (2004),
“Effects on growth temperature on the characteristics of ZnO epitaxial films
deposited by metalorganic chemical vapor deposition”, Thin Solid Films
449(1-2), pp. 12-19.
[99]. Zentrum fur Solarenergie und Wasserstoffforschung, press release
11/2010, Stuttgart, 23 August 2010.
[100]. Zweibel K., Ullal H., and Roedern B. von (2004), Thin film PV, Photon
International, pp. 48-54.

149