Nghiên cứu vật lý và công nghệ pin mặt trời màng mỏng cấu trúc đảo GlassZnOInCdSCuInS2Metal chế tạo bằng phương pháp phun phủ nhiệt phân toàn phần (FSPD)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (27.62 MB, 194 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Trần Thanh Thái
NGHIÊN CỨU VẬT LÝ VÀ CÔNG NGHỆ PIN MẶT TRỜI
MÀNG MỎNG CẤU TRÚC ĐẢO Glass/ZnO:In/CdS/CuInS2/Metal
CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP
PHUN PHỦ NHIỆT PHÂN TOÀN PHẦN (FSPD)
LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ
Hà Nội - Năm 2012
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Trần Thanh Thái
NGHIÊN CỨU VẬT LÝ VÀ CÔNG NGHỆ PIN MẶT TRỜI
MÀNG MỎNG CẤU TRÚC ĐẢO Glass/ZnO:In/CdS/CuInS2/Metal
CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP
PHUN PHỦ NHIỆT PHÂN TOÀN PHẦN (FSPD)
Chuyên ngành: Vật lý kỹ thuật
Mã số: 62.44.17.01
LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. GS. TS. Võ Thạch Sơn
2. PGS. TS. Vũ Thị Bích
Hà Nội - Năm 2012
Lời cảm ơn
Đầu tiên, tôi chân thành cảm ơn Bộ Giáo dục& Đào tạo, Trường Đại Học Bách khoa
Hà Nội và Viện Vật lý Kỹ thuật đã tạo điều kiện cho tôi được học tập và làm nghiên cứu
sinh, đã quan tâm động viên tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu.
Tôi xin bày tỏ lời cám ơn chân thành và sự kính trọng đối với GS.TS Võ Thạch Sơn và
PGS.TS Vũ Thị Bích, các Thầy đã nhận tôi làm nghiên cứu sinh và hướng dẫn trong suốt
quá trình thực hiện bản Luận án này. Các Thầy đã tận tình chỉ bảo cả về lĩnh vực khoa học
cũng như trong cuộc sống. Tôi đã học được rất nhiều từ những điều chỉ dẫn, những buổi
Thảo luận và từ nhân cách của các Thầy. Tôi cảm phục những hiểu biết sâu sắc về chuyên
môn, những khả năng cũng như sự tận tình của các Thầy. Tôi cũng rất biết ơn sự kiên trì của
các Thầy đã đọc cẩn thận và góp ý kiến cho bản thảo của Luận án. Những kiến thức mà tôi
nhận được từ các Thầy không chỉ là bản Luận án mà trên hết là cách nhìn nhận, đánh giá
cũng như phương thức giải quyết vấn đề một cách toàn diện trong khoa học và sự trải
nghiệm của cuộc sống. Tôi luôn kính trọng và biết ơn các Thầy.
Tôi xin trân trọng cám ơn PGS.TS Dương Ngọc Huyền, PGS.TS Nguyễn Trường Luyện,
PGS.TS Nguyễn Ngọc Trung, TS Nguyễn Tuyết Nga, Th.S Lưu Thị Lan Anh, Th.S Nguyễn
Hoàng Thoan, Th.S Nguyễn Văn Thắng, Th.S Nguyễn Ngọc Minh, Th.S Phạm Phi Hùng
(Viện Vật lý Kỹ thuật) và TS Mai Anh Tuấn (Viện ITIMS), Trường Đại học Bách khoa Hà
Nội, đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt quá trình thực hiện Luận án, đồng thời có những
đóng góp gợi mở quý báu trong quá trình tôi hoàn thiện Luận án.
Tôi xin trân trọng cảm ơn GS. TS M. Jouan, Phòng thí nghiệm SPMS (Lab. de
Structures Propriétés et Modelisation des Solides), Trường ECP (Ecole Centrale Paris,
France) vì những giúp đỡ trong việc xây dựng các hệ lắng đọng màng mỏng bằng phương
pháp SPD và USP.
Tôi cũng trân trọng cảm ơn TS Francoise Garnier (ECP, France) vì những giúp đỡ
trong việc chụp và phân tích hình thái bề mặt các mẫu màng CuInS2.
Tôi xin trân trọng cảm ơn các cán bộ nghiên cứu phòng Thí nghiệm Phân tích và Đo
lường Vật lý, Viện Vật lý Kỹ thuật, Trường ĐHBK Hà Nội đã động viên, giúp đỡ tôi rất
nhiều trong quá trình thực hiện các thực nghiệm cũng như thảo luận, giải thích các kết quả
thực nghiệm.
Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám đốc Viện Vật lý Kỹ thuật về sự ủng hộ to lớn và
những lời khuyên bổ ích trong suốt thời gian tôi làm nghiên cứu sinh.
Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học Quy Nhơn và Ban Chủ
nhiệm Khoa Kỹ thuật và Công nghệ, cũng như bạn bè đồng nghiệp đã ủng hộ và tạo mọi
điều kiện thuận lợi giúp tôi hoàn thành Luận án.
Cuối cùng, tôi muốn giành lời cảm ơn cho những người thân yêu nhất của tôi. Bản
Luận án này là món quà quý giá tôi xin được kính tặng cho cha mẹ, vợ và các con thân
yêu của tôi.
Hà Nội, tháng 08 năm 2012
Tác giả Luận án
Trần Thanh Thái
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH, ẢNH VÀ ĐỒ THỊ
MỞ ĐẦU..........................................................................................................
1
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ PIN MẶT TRỜI MÀNG MỎNG, VẬT LIỆU CuInS2
VÀ PIN MẶT TRỜI TRÊN CƠ SỞ LỚP HẤP THỤ CuInS2....................
7
1.1 Lịch sử phát triển.....................................................................................
7
1.2 Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời.....................................................
8
1.2.1 Nguyên lý hoạt động.........................................................................
8
1.2.2 Đặc trưng dòng - điện áp (J-V).........................................................
9
1.3 Pin mặt trời chuyển tiếp dị chất..............................................................
13
1.4 Pin mặt trời màng mỏng..........................................................................
14
1.4.1 Cấu trúc của pin mặt trời màng mỏng..............................................
15
1.4.2 Pin mặt trời trên cơ sở lớp hấp thụ Cu-chalcopyrite.........................
16
1.4.3 Các phương pháp công nghệ để lắng đọng các lớp chức năng
trong cấu trúc pin mặt trời màng mỏng.....................................................
18
1.4.3.1 Phương pháp lắng đọng lớp hấp thụ CuInS2..............................
18
1.4.3.2 Phương pháp lắng đọng lớp đệm CdS........................................
19
1.4.3.3 Phương pháp lắng đọng lớp cửa sổ ZnO....................................
19
1.5 Vật liệu CuInS2.......................................................................................
19
1.5.1 Cấu trúc tinh thể................................................................................
19
1.5.2 Tính chất quang................................................................................
21
1.5.3 Tính chất điện...................................................................................
24
1.5.4 Nghiên cứu vật liệu CuInS2 bằng phương pháp phổ tán xạ Raman ........
26
1.6 Pin mặt trời trên cơ sở lớp hấp thụ CuInS2 lắng đọng bằng phương
pháp phun phủ nhiệt phân toàn phần ............................................................
29
Kết luận chương 1.......................................................................................
34
Chương 2
NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP PHUN PHỦ NHIỆT PHÂN ĐỂ LẮNG
ĐỌNG CÁC LỚP CHỨC NĂNG TRONG PIN MẶT TRỜI MÀNG
MỎNG CẤU TRÚC ĐẢO Thủy tinh/ZnO:In/CdS/CuInS2/Kim loại..........
35
2.1 Lựa chọn phương pháp công nghệ..........................................................
35
2.1.1 Tại sao chọn phương pháp phun phủ nhiệt phân?............................
35
2.1.2 Phương pháp phun phủ nhiệt phân SPD...........................................
37
2.1.2.1 Nguyên tắc chung.......................................................................
37
2.1.2.2 Mô hình quá trình hình thành màng mỏng.................................
37
2.2 Các hệ thực nghiệm.................................................................................
42
2.2.1 Hệ phun phủ nhiệt phân....................................................................
42
2.2.2 Hệ phun phủ nhiệt phân hỗ trợ siêu âm............................................
43
2.3 Các thông số công nghệ khảo sát............................................................
44
2.3.1 Sử dụng phương pháp phun phủ nhiệt phân lắng đọng lớp hấp thụ CuInS2
44
2.3.1.1 Thông số công nghệ lắng đọng màng CuInS2 không pha tạp....
45
2.3.1.2 Thông số công nghệ lắng đọng màng CuInS2:Al (CuInS2:Na).....
46
2.3.1.3 Thông số công nghệ lắng đọng màng CuInS2 với chiều dày
> 1,0 m.............................................................................................
48
2.3.2 Sử dụng phương pháp phun phủ nhiệt phân hỗ trợ siêu âm để lắng
đọng lớp cửa sổ ZnO:In, các lớp đệm CdS và CdS:Fe..............................
49
2.3.2.1 Thông số công nghệ lắng đọng màng mỏng ZnO:In.................
49
2.3.2.2 Thông số công nghệ lắng đọng màng mỏng CdS và CdS:Fe....
50
2.4 Các thiết bị sử dụng................................................................................
50
Kết luận chương 2.......................................................................................
51
Chương 3
NGHIÊN CỨU CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ XÁC ĐỊNH QUY TRÌNH
CÔNG NGHỆ LẮNG ĐỌNG LỚP HẤP THỤ TRONG PIN MẶT TRỜI
MÀNG MỎNG CẤU TRÚC ĐẢO Thủy tinh/ZnO:In/CdS/CuInS2/Kim loại
52
3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ...............................
52
3.1.1 Ảnh hưởng của tỉ lệ mol [Cu]/[In] và [S]/[Cu] trong dung dịch tiền chất
52
3.1.1.1 Khảo sát cấu trúc tinh thể...........................................................
53
3.1.1.2 Khảo sát tính chất quang - điện..................................................
61
3.1.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ lắng đọng...................................................
3.1.2.1 Khảo sát cấu trúc tinh thể...........................................................
66
66
3.1.2.2 Khảo sát tính chất quang - điện..................................................
69
3.1.3. Ảnh hưởng của quá trình pha tạp.....................................................
71
3.1.3.1 Khảo sát cấu trúc tinh thể...........................................................
72
3.1.3.2 Khảo sát tính chất quang - điện..................................................
77
3.1.4 Ảnh hưởng của các quá trình xử lý nhiệt..........................................
81
3.1.4.1 Khảo sát cấu trúc tinh thể...........................................................
81
3.1.4.2 Khảo sát tính chất quang - điện..................................................
86
3.1.5 Sự cần thiết phải thay đổi chiều dày lớp hấp thụ..............................
88
3.1.5.1 Hiệu ứng PhE (Pinhole Effect)...................................................
88
3.1.5.2 Phương pháp phun phủ nhiệt phân lặp lại hỗ trợ siêu âm..............
88
3.1.5.3 Ảnh hưởng sự thay đổi chiều dày màng.....................................
92
3.2 Quy trình công nghệ lắng đọng lớp hấp thụ............................................
96
Kết luận chương 3.......................................................................................
99
Chương 4
NGHIÊN CỨU CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ XÁC ĐỊNH QUY
TRÌNH CÔNG NGHỆ LẮNG ĐỌNG LỚP CỬA SỔ VÀ LỚP ĐỆM
TRONG PIN MẶT TRỜI MÀNG MỎNG CẤU TRÚC ĐẢO
Thủy tinh/ZnO:In/CdS/CuInS2/Kim loại
100
4.1. Lớp cửa sổ ZnO:In.................................................................................
100
4.1.1 Khảo sát cấu trúc tinh thể.................................................................
101
4.1.2 Khảo sát tính chất quang-điện..........................................................
102
4.1.3 Quy trình công nghệ lắng đọng lớp cửa sổ.......................................
104
4.2 Lớp đệm CdS..........................................................................................
105
4.2.1. Ảnh hưởng của chiều dày lớp đệm..................................................
105
4.2.1.1 Khảo sát cấu trúc tinh thể...........................................................
105
4.2.1.2 Khảo sát tính chất quang - điện..................................................
107
4.2.2 Ảnh hưởng của quá trình pha tạp Fe.................................................
108
4.2.2.1 Khảo sát cấu trúc tinh thể...........................................................
108
4.2.2.2 Khảo sát tính chất quang - điện..................................................
4.2.3 Quy trình công nghệ lắng đọng lớp đệm..........................................
Kết luận chương 4.......................................................................................
109
111
113
Chương 5
CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM VÀ KHẢO SÁT CÁC THÔNG SỐ QUANG ĐIỆN
CỦA PIN MẶT TRỜI CẤU TRÚC Thủy tinh/ZnO:In/CdS/CuInS2/Kim loại....
114
5.1 Lựa chọn cấu trúc....................................................................................
114
5.2 Thiết kế pin mặt trời bằng phương pháp mô phỏng SCAPS-1D............
115
5.2.1 Khảo sát ảnh hưởng của chiều dày lớp hấp thụ CuInS2...................
116
5.2.2 Khảo sát ảnh hưởng của độ rộng vùng cấm quang lớp hấp thụ........
118
5.2.3 Khảo sát ảnh hưởng của chiều dày lớp đệm CdS.............................
120
5.3 Quy trình công nghệ pin mặt trời màng mỏng cấu trúc đảo
Thủy tinh/ZnO:In/CdS/CuInS2/Kim loại chế tạo bằng phương pháp FSPD
122
5.4 Đặc trưng quang điện của pin mặt trời màng mỏng cấu trúc đảo
Thủy tinh/ZnO:In/CdS/CuInS2/Kim loại chế tạo thử nghiệm bằng
phương pháp FSPD
123
5.4.1 Ảnh hưởng của chiều dày lớp hấp thụ..............................................
123
5.4.2 Ảnh hưởng tỉ lệ mol [Cu]/[In] tiền chất sử dụng lắng đọng lớp hấp thụ
128
5.4.3 Khảo sát pin mặt trời trên cơ sở lớp hấp thụ CuInS2:Al khi chiều
dày lớp đệm CdS thay đổi..........................................................................
132
5.4.4 Khảo sát pin mặt trời sử dụng cấu trúc lớp hấp thụ kép...................
134
5.4.5 Khảo sát pin mặt trời sử dụng lớp đệm CdS:Fe................................
138
Kết luận chương 5.......................................................................................
139
KẾT LUẬN.....................................................................................................
141
TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................................
143
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN........
156
PHỤ LỤC........................................................................................................
158
Phụ lục I: Cơ sở vật lý của phương pháp mô phỏng SCAPS-1D
Phụ lục II: Các thông số đầu vào và kết quả mô phỏng
Phụ lục III: Tổng hợp bột nano -Fe2O3
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
1. DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
Ký hiệu
Tên tiếng Anh
Tên tiếng Việt
A
Quality factor
Hệ số phẩm chất
a, b, c
Lattice parameter (Å)
Hằng số mạng a, b, c
be
Length of electrode (cm)
Chiều dài của điện cực
Cdi
Interstitial cadmium defect
Khuyết tật xen kẽ Cd
CuIn
Substitutional copper in indium
site defect
Khuyết tật thay thế nguyên tử
Cu vào vị trí nguyên tử In
D
Average crystallite size (nm)
Kích thước tinh thể trung bình
Dd
Mean droplet size of an aerosol (m)
Đường kính trung bình
của hạt sol khí
Dn
Electron diffusion coefficient (cm2/s) Hệ số khuếch tán của điện tử
Dp
Hole diffusion coefficient (cm2/s)
Hệ số khuếch tán của lỗ trống
EA
Ionization energy (eV)
Năng lượng ion hóa
EC
Conduction band energy (eV)
Năng lượng vùng dẫn
EF
Fermi energy (eV)
Năng lượng Fermi
Eg
Optical band gap energy (eV)
Độ rộng năng lượng vùng cấm
quang
EV
Valence band energy (eV)
Năng lượng vùng hoá trị
e
Electron
Điện tử
FF
Fill Factor (%)
Hệ số lấp đầy
fus
Ultrasonic frequency (KHz)
Tần số siêu âm
h
Hole
Lỗ trống
h
Photon energy (eV)
Năng lượng photon
InCu
Substitutional indium in copper
site defect
Khuyết tật thay thế nguyên tử
In vào vị trí nguyên tử Cu
Ini
Interstitial indium defect
Khuyết tật xen kẽ In
J
Circuit current density (mA/cm2)
Mật độ dòng
JL
Photocurrent density (mA/cm2)
Mật độ dòng quang điện
Jmax
Current density at maximum
power output (mA/cm2)
Mật độ dòng tương ứng điểm
công suất cực đại Pmax
Jo
Reverse saturation current
density (mA/cm2)
Mật độ dòng ngược bão hòa
JSC
Short circuit current density
(mA/cm2)
Mật độ dòng điện ngắn mạch
L
The distance between spray head
and substrate (cm)
Khoảng cách đầu phun - đế
Ln
Electron diffusion length (cm)
Chiều dài khuếch tán điện tử
Lp
Hole diffusion length (cm)
Chiều dài khuếch tán lỗ trống
l
Distance between the electrodes
Khoảng cách giữa các điện cực
m α Fe 2O 3
Iron (III) oxide-hematite mass
Khối lượng bột -Fe2O3
NA
Acceptor concentration (cm-3)
Nồng độ acceptor
NS
Interface-defects density (cm-2)
Mật độ khuyết tật phân biên
Nt
Bulk-defects concentration (cm-3) Nồng độ khuyết tật khối
n
Number of repeat
Số lần lặp lại
nn
Electron (majority carrier)
concentration (cm-3)
Nồng độ điện tử
(hạt tải cơ bản)
np
Electron (minority carrier)
concentration (cm-3)
Nồng độ điện tử
(hạt tải không cơ bản)
OS
Substitutional oxygen in sulfur
site defect
Khuyết tật thay thế nguyên tử O
vào vị trí nguyên tử S
pn
Hole (minority carrier)
concentration (cm-3)
Nồng độ lỗ trống
(hạt tải không cơ bản)
pp
Hole (majority carrier)
concentration (cm-3)
Nồng độ lỗ trống
(hạt tải cơ bản)
q
Elementary charge, 1.60210-19 C Điện tích nguyên tố
R
Resistance between the contacts () Điện trở giữa các tiếp xúc
Ra
Average surface roughness (nm)
Độ gồ ghề bề mặt trung bình
Rmax
Maximum surface roughness (nm) Độ gồ ghề bề mặt cực đại
Rq
Standard deviation of
the height value (nm)
Độ lệch chuẩn của giá trị
chiều cao
RS
Serial resistance ()
Điện trở nối tiếp
Rsh
Shunt resistance ()
Điện trở song song
Rsheet
Sheet resistance (/ )
Điện trở bề mặt
Si
Interstitial sulfur defect
Khuyết tật xen kẽ S
Sp
Surface recombination velocity (cm/s)
Tốc độ tái hợp phân biên
T
Absolute temperature (K)
Nhiệt độ tuyệt đối
TC
Calcined temperature (oC)
Nhiệt độ ủ
TR
Room temperature (oC)
Nhiệt độ phòng
TS
Substrate temperature (oC)
Nhiệt độ đế (nhiệt độ lắng đọng)
Tr
Transmitance (%)
Độ truyền qua
t
Time (s)
Thời gian
u
Distortion parameter
Độ sai lệch
V
Applied voltage (V)
Điện áp phân cực
VCd
Cadium vacancy defect
Khuyết tật lỗ trống Cd
VCu
Copper vacancy defect
Khuyết tật lỗ trống Cu
VIn
Indium vacancy defect
Khuyết tật lỗ trống In
VOC
Open circuit voltage (V)
Điện áp hở mạch
VS
Sulfur vacancy defect
Khuyết tật lỗ trống S
Vbi
Built-in voltage (V)
Điện áp tiếp xúc ngoài
Vmax
Voltage at maximum power
output (V)
Điện áp tương ứng điểm công
suất cực đại Pmax
Vsol
Volume of solution (ml)
Thể tích dung dịch
v
Spray rate (ml/min)
Tốc độ phun
EC
Conduction band offset (eV)
Độ chênh lệch đáy vùng dẫn
Valence band offset (eV)
Độ chênh lệch đỉnh vùng hóa trị
Hole barrier at the CdS/absorber
interface (eV)
Chiều cao rào thế tiếp xúc công
nghệ CdS/lớp hấp thụ đối với
hạt tải là lỗ trống
Absorption coefficient (cm-1)
Hệ số hấp thụ
Electron affinity (eV)
Ái lực điện tử
Thickness (m hoặc nm)
Chiều dày
CdS
CdS film thickness (nm)
Chiều dày màng CdS
CIS
CuInS2 film thickness (m)
Chiều dày màng CuInS2
IZO
ZnO:In film thickness (nm)
Chiều dày màng ZnO:In
Conversion efficiency of
the solar cell (%)
Hiệu suất chuyển đổi
quang điện của pin mặt trời
Resistivity (.cm)
Điện trở suất
f
Fluid density (g/cm3)
Tỉ trọng của chất lỏng
suft
Surface tension (mN/m)
Sức căng bề mặt
e
Electron mobility (cm2/V.s)
Độ linh động điện tử
p
Hole mobility (cm2/V.s)
Độ linh động lỗ trống
tet
Tetragonal distortion parameter
Hệ số biến dạng tứ diện
λ
Wavelength (m)
Bước sóng
λex
Excitation wavelength (nm)
Bước sóng kích thích
EV
b
p
2. DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu
Tên tiếng Anh
Tên tiếng Việt
ALD
Atomic Layer Deposition
Lắng đọng lớp nguyên tử
AFM
Atomic Force Microscope
Hiển vi lực nguyên tử
Air Mass 1.5
Ánh sáng ở điều kiện tiêu
chuẩn Pin = 100 mW/cm2
Cu-Au structure
Cấu trúc Cu-Au
Chemical Bath Deposition
Lắng đọng bể hóa học
Chacopyrite structure
Cấu trúc chacopyrite
Copper Indium Alumium Sulfide
CuIn(Al)S2
CIS
Copper Indium Sulfide
CuInS2
CVD
Chemical Vapour Deposition
Lắng đọng hoá học pha hơi
DC
Direct Current
Dòng một chiều
DpC
Dip-Coating
Nhúng phủ
EDX
Energy Dispersive X-ray
Tán sắc năng lượng tia X
ETA
Extremely Thin Absorber
Lớp hấp thụ có chiều dày rất
mỏng
ESD
Electro Static Deposition
Lắng đọng tĩnh điện
AM1.5
CA
CBD
CH
CIAS
FESEM
Field Emission Scanning Electron Hiển vi điện tử quyét phát xạ
Microscope
trường
FSPD
Full Spray Pyrolysis Deposition
Phun phủ nhiệt phân toàn phần
FTO
Tin Oxide doped-Flo
Ôxit thiếc pha tạp flo
FWHM
Full Width at Half Maximum
Độ rộng bán cực đại
ILGAR
Ion Layer Gas Reaction
Phản ứng pha khí lớp ion
ITO
Tin Oxide doped-Indium
Ôxit thiếc pha tạp indi
IZO
Zinc Oxide doped-Indium
Ôxit kẽm pha tạp indi
J-V
Current - voltage
Dòng - điện áp
Me
Metal
Kim loại
PhE
Pinhole Effect
Hiệu ứng lỗ dò
PV
PhotoVoltaic effect
Hiệu ứng quang điện
SC
Spin-Coating
Quay phủ
SCAPS1D
Solar Cell CAPacitance Simulator in Mô phỏng một chiều pin mặt
1 Dimension
trời
SEM
Scanning Electron Microscope
Hiển vi điện tử quét
SPD
Spray Pyolysis Deposition
Phun phủ nhiệt phân
TCO
Transparent conducting oxide
Ôxít dẫn điện trong suốt
URSP
Ultrasonic Repeated Spray Pyrolysis
Phun phủ nhiệt phân lặp lại hỗ
trợ siêu âm
Ultrasonic Spray Pyolysis
Phun phủ nhiệt phân hỗ trợ
siêu âm
UV-VIS Spectrophotometer
Máy quang phổ hấp thụ
UV-VIS
X-ray diffration
Nhiễu xạ tia X
Glass
Thủy tinh
Metal
Kim loại
USP
UV-VIS
XRD
DANH MỤC CÁC BẢNG
Số Bảng
Chú thích Bảng
Trang
Bảng 1.1
Các thông số quang điện của pin mặt trời được xác định trên
cơ sở đặc trưng J-V
11
Các thông số quang điện của pin mặt trời CuInS2 theo tính
toán lý thuyết và theo thực tế với hiệu suất chuyển đổi quang
điện cao nhất
17
Các thông số a, c, tet và u của một số hợp chất
Cu-chalcopyrite
21
Năng lượng ion hóa của các mức khuyết tật donor và
acceptor tự nhiên của vật liệu CuInS2
24
Bảng 1.5
Các thông số điện của đơn tinh thể và màng CuInS2
26
Bảng 1.6
Các kiểu dao động dự đoán và giá trị thực nghiệm Raman
28
Bảng 1.7
Các thông số quang điện của pin mặt trời CuInS2
với thể tích lắng đọng (chiều dày) lớp hấp thụ khác nhau
32
Các thông số quang điện của pin mặt trời CuInS2 chế tạo
bằng phương pháp phun phủ nhiệt phân toàn phần của một
số nghiên cứu đã công bố
33
Bảng 2.1
Sức căng bề mặt, tỉ trọng và đường kính hạt sol khí hình thành
44
Bảng 2.2
Danh mục các tiền chất sử dụng lắng đọng lớp hấp thụ
45
Bảng 2.3
Mẫu lắng đọng với tỉ lệ mol [Cu]/[In] khác nhau ([S]/[Cu] = 4)
46
Bảng 2.4
Mẫu lắng đọng với tỉ lệ mol [S]/[Cu] khác nhau ([Cu]/[In] = 1,0)
46
Bảng 2.5
Mẫu lắng đọng tại các nhiệt độ lắng đọng khác nhau
46
Bảng 2.6
Mẫu CuInS2 pha tạp Al với tỉ lệ mol [Al]/[In] khác nhau
trong dung dịch tiền chất
47
Mẫu CuInS2 pha tạp Na với tỉ lệ mol [Na]/[Cu] khác nhau
trong dung dịch tiền chất
47
Bảng 2.8
Mẫu CuInS2 pha tạp Al trong điều kiện ủ nhiệt khác nhau
47
Bảng 2.9
Mẫu CuInS2 pha tạp Na trong điều kiện ủ nhiệt khác nhau
48
Bảng 2.10
Mẫu CuInS2 được lắng đọng bằng phương pháp URSP với
các chiều dày khác nhau
48
Bảng 1.2
Bảng 1.3
Bảng 1.4
Bảng 1.8
Bảng 2.7
Bảng 2.11
Danh mục các tiền chất sử dụng lắng đọng lớp cửa sổ và lớp đệm
49
Bảng 2.12
Mẫu ZnO:In được lắng đọng với tỉ lệ mol [In]/[Zn] khác
nhau trong dung dịch tiền chất
50
Bảng 2.13
Mẫu CdS được lắng đọng với chiều dày thay đổi
50
Bảng 2.14
Mẫu CdS:Fe được lắng đọng với nồng độ pha tạp Fe thay đổi
50
Bảng 3.1
Kích thước tinh thể trung bình, hằng số mạng, độ biến dạng tứ
diện và thể tích ô mạng cơ bản của các mẫu CuInS2 khảo sát
54
Thành phần các nguyên tố trong mẫu CuInS2 được lắng đọng với tỉ
lệ [Cu]/[In] khác nhau ([S]/[Cu] = 4,0) trong dung dịch tiền chất
59
Thành phần hợp phần các nguyên tố trong mẫu CuInS2 được
lắng đọng với tỉ lệ [S]/[Cu] khác nhau ([Cu]/[In] = 1,0)
trong dung dịch tiền chất
60
Bảng 3.4
Các thông số điện của mẫu CuInS2
64
Bảng 3.5
Kích thước tinh thể trung bình và thành phần hợp phần các
nguyên tố trong mẫu CuInS2 khảo sát ở nhiệt độ lắng đọng
khác nhau
68
Các thông số cấu trúc và kích thước tinh thể của mẫu CuInS2
lắng đọng với các tỉ lệ pha tạp [Al]/[In] khác nhau
73
Thành phần hợp phần các nguyên tố trong các mẫu
CuInS2:Al khảo sát ở các điều kiện ủ nhiệt khác nhau
85
Các thông số điện của các mẫu CuInS2:Al khảo sát ở điều
kiện ủ nhiệt khác nhau
87
Bảng 4.1
Các tính chất vật lý của màng mỏng ZnO
100
Bảng 4.2
Kết quả đo hiệu ứng Hall của các mẫu ZnO:In khảo sát
103
Bảng 4.3
Các tính chất vật lý của màng mỏng CdS
105
Bảng 4.4
Các thông số điện của các mẫu CdS khảo sát
107
Bảng 4.5
Thành phần hợp phần các nguyên tố của mẫu CdS:Fe
109
Bảng 4.6
Các thông số điện của các mẫu CdS:Fe
110
Bảng 5.1
Các thông số quang điện của pin mặt trời mô phỏng bằng
SCAPS-1D khi chiều dày lớp hấp thụ thay đổi
116
Các thông số quang điện của pin mặt trời mô phỏng bằng
SCAPS-1D khi độ rộng vùng cấm quang lớp hấp thụ thay đổi
118
Bảng 3.2
Bảng 3.3
Bảng 3.6
Bảng 3.7
Bảng 3.8
Bảng 5.2
Bảng 5.3
Bảng 5.4
Bảng 5.5
Bảng 5.6
Bảng 5.7
Các thông số quang điện của pin mặt trời mô phỏng bằng
SCAPS-1D khi chiều dày lớp đệm thay đổi
120
Các thông số quang điện của pin mặt trời với chiều dày lớp
hấp thụ khác nhau
124
So sánh thông số của mẫu thực nghiệm CEL-22 và mẫu mô
phỏng M36
127
Các thông số đặc trưng của pin mặt trời CuInS2 lắng đọng
với tỉ lệ [Cu]/[In] khác nhau trong dung dịch tiền chất
129
So sánh các thông số của mẫu thực nghiệm CEL-N11 và mẫu
mô phỏng M37
130
Bảng 5.8
Các thông số quang điện của pin mặt trời với chiều dày lớp
đệm thay đổi
132
Bảng 5.9
Các thông số quang điện của mẫu CEL-D01
134
Bảng 5.10
Các thông số quang điện của mẫu CEL-D02
135
Bảng 5.11
So sánh các thông số đặc trưng của mẫu CEL-D02 và mẫu
mô phỏng M38
136
Bảng 5.12
Các thông số quang điện của mẫu CEL-D_Fe
138
DANH MỤC CÁC HÌNH, ẢNH VÀ ĐỒ THỊ
Số Hình
Chú thích Hình
Trang
Hình 1.1
Hiệu suất chuyển đổi quang điện của các thế hệ pin mặt trời
8
Hình 1.2
Sơ đồ minh họa nguyên lý hoạt động của pin mặt trời
9
Hình 1.3
Đặc trưng J-V của pin mặt trời trong điều kiện tối và chiếu sáng
10
Hình 1.4
Sơ đồ tương đương của pin mặt trời thực
12
Hình 1.5
Ảnh hưởng của RS và Rsh lên đặc trưng J-V sáng trong hai
trường hợp: (a) Khi RS tăng và (b) Khi Rsh giảm
12
Giản đồ năng lượng của pin mặt trời chuyển tiếp dị chất:
(a) chuyển tiếp loại I (spike like) và (b) chuyển tiếp loại II (cliff like)
14
Hai cấu trúc pin mặt trời màng mỏng: (a) Cấu trúc thuận
(substrate), (b) Cấu trúc đảo (superstrate)
15
(a) Sự hình thành cấu trúc chalcopyrite từ cấu trúc
zincblende theo quy luật Grimm- Sommerfeld và các cấu trúc
(b) zincblende, (c) chalcopyrite, (d) Cu-Au
20
Cấu trúc vùng năng lượng của vật liệu CuInS2 với chú ý đến
sự đóng góp của các trạng thái điện tử
22
Giản đồ pha ba nguyên tố Cu-In-S với các khuyết tật và loại
hạt tải cơ bản được xác định
25
Sự phụ thuộc nồng độ hạt tải vào tỉ lệ mol Cu/In của tinh thể
CuInS2
26
Sự thay đổi điện trở suất theo tỉ lệ Cu/In của màng CuInS2
lắng đọng bằng phun phủ nhiệt phân
26
Phổ tán xạ Raman của màng "In-rich" CuInS2 lắng đọng
bằng phương pháp phún xạ
28
Hình 1.14
Đặc trưng J-V của pin mặt trời ITO/CuInS2/In2S3
31
Hình 1.15
Đặc trưng I-V của pin mặt trời CuInS2:Al (p)/CuInS2 (p)/In2S3/ZnO
31
Hình 2.1
Sơ đồ minh họa nguyên tắc của phương pháp phun phủ nhiệt phân
37
Hình 2.2
Cơ chế động lực học của đầu phun sử dụng khí nén
38
Hình 2.3
Các khả năng biến đổi của sol khí khi đến bề mặt đế nóng
39
Hình 2.4
Mô tả quá trình lắng đọng theo sự gia tăng nhiệt độ đế
40
Hình 1.6
Hình 1.7
Hình 1.8
Hình 1.9
Hình 1.10
Hình 1.11
Hình 1.12
Hình 1.13
Hình 2.5
Mô hình va chạm của hạt sol khí lên trên bề mặt đế nóng
41
Hình 2.6
(a) Sơ đồ nguyên lý và (b) Hệ phun phủ nhiệt phân
42
Hình 2.7
(a) Mô hình thiết kế và (b) Hệ phun phủ nhiệt phân hỗ trợ
siêu âm
43
Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu CuInS2 được lắng đọng với
[Cu]/[In] thay đổi từ 0,8 đến 1,4 ([S]/[Cu] = 4,0): (a) CIS-08,
(b) CIS-09, (c) CIS-10, (d) CIS-11, (e) CIS-12 và (g) CIS-14
53
Ảnh hiển vi điện tử quét bề mặt (a,c,e) và mặt cắt ngang (b,d,g)
của các mẫu: CIS-10 (a,b), CIS-12 (c,d) và CIS-14 (e,g)
55
Phổ tán xạ Raman của các mẫu (a) CIS-08, (b)CIS-09,
(c)CIS-10, (d)CIS-11, (e) CIS-12 và (g) CIS-14
56
Kết quả tách phổ Raman thu được trong dải số sóng 200-400 cm-1
bằng kỹ thuật tách phổ trên cơ sở phân bố Lorenzt
57
Đồ thị phụ thuộc (a) I(CH)/[I(CA)+I(CH)]) và (b) FWHM (CH)
với tỉ lệ [Cu]/[In] khác nhau trong dung dịch tiền chất
58
Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu CuInS2 lắng đọng với
các tỉ lệ [S]/[Cu] khác nhau trong dung dịch tiền chất
61
Phổ truyền qua của mẫu CuInS2 lắng đọng với các tỉ lệ
[Cu]/[In] khác nhau
61
Hình 3.8
Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa hệ số hấp thụ và năng lượng photon
62
Hình 3.9
Đồ thị quan hệ (h)2 theo h với tỉ lệ [Cu]/[In] thay đổi
63
Hình 3.10
Đồ thị quan hệ giữa độ rộng vùng cấm quang với tỉ lệ
[Cu]/[In] thay đổi
63
Hình 3.11
Đồ thị quan hệ (h)2 theo h với tỉ lệ [S]/[Cu] thay đổi
63
Hình 3.12
Ảnh SEM của các mẫu CuInS2 lắng đọng ở các nhiệt độ đế
khác nhau: (a) 280oC, TS = 420oC, (c) 360oC và (d) mặt cắt
ngang của mẫu lắng đọng với TS = 360oC
66
Giản đồ XRD của các mẫu CuInS2 được lắng đọng ở nhiệt độ đế
khác nhau: (a) 320oC, (b) 340oC, (c) 360oC, (d) 380oC và (e) 400oC
67
Phổ truyền qua của mẫu CuInS2 lắng đọng ở các nhiệt độ đế
khác nhau
69
Hình 3.15
Đồ thị (h)2 phụ thuộc h
70
Hình 3.16
Đồ thị Eg phụ thuộc TS
70
Hình 3.1
Hình 3.2
Hình 3.3
Hình 3.4
Hình 3.5
Hình 3.6
Hình 3.7
Hình 3.13
Hình 3.14
Hình 3.17
Sự phụ thuộc điện trở suất của mẫu CuInS2 vào nhiệt độ lắng đọng
71
Hình 3.18
(a) Giản đồ XRD của mẫu CuInS2 lắng đọng với tỉ lệ
[Al]/[In] khác nhau. (b) Hình phóng đại giản đồ XRD trong
phạm vi góc 2 = 27 - 30o
72
Ảnh AFM của các mẫu (a) CIS:00Al, (b) CIS:04Al, (c) CIS:08Al,
(d) CIS:12Al và (e) CIS:16Al
74
Hình 3.20
(a) Ảnh SEM bề mặt và (b) mặt cắt ngang của mẫu CIS:38Na
75
Hình 3.21
Ảnh AFM 2D, 3D và các thông số đánh giá độ gồ ghề bề mặt
của các mẫu (a) CIS:03Na, (b) CIS:38Na và (c) CIS:57Na
76
Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu khảo sát:(a) CIS:00Na,
(b) CIS:03Na, (c) CIS:19Na, (d) CIS:38Na và (e) CIS:57Na
77
Đồ thị phụ thuộc hệ số hấp thụ vào năng lượng photon của
mẫu CuInS2 lắng đọng với tỉ lệ pha tạp [Al]/[In] khác nhau
78
Đồ thị quan hệ (h)2 với h của các mẫu lắng đọng với tỉ lệ
[Al]/[In] khác nhau
78
Hình 3.25
Đồ thị quan hệ (h)2 với h của các mẫu CuInS2:Na khảo sát
79
Hình 3.26
Sự thay đổi độ rộng vùng cấm quang vào tỉ lệ pha tạp [Na]/[Cu]
79
Hình 3.27
Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc điện trở suất và nồng độ hạt tải
của các mẫu CuInS2 vào tỉ lệ pha tạp [Na]/[Cu]
80
Giản đồ XRD của mẫu CIS:12Al được ủ nhiệt ở các điều kiện
khác nhau
82
Phổ tán xạ Raman của mẫu CIS:12Al được ủ nhiệt ở các điều
kiện khác nhau: (a) CIS:Al-N40-30, (b) CIS:Al-S37-30,
(c)
CIS:Al-S40-30, (d) CIS:Al-S40-60 và (e) CIS:Al-S45-30
83
Sự thay đổi (a) hệ số phẩm chất I(CH)/[I(CA) + I(CH)] và
(b) FWHM(CH) của các mẫu CuInS2:Al vào điều kiện ủ nhiệt
84
Hình 3.31
Giản đồ XRD của mẫu CIS:38Na trong các điều kiện ủ nhiệt khác nhau
85
Hình 3.32
Đồ thị (αhν)2 phụ thuộc hν của các mẫu CIS:Al-N40-30, CIS:Al-S37-30,
CIS:Al-S40-30, CIS:Al-S40-60 và CIS:Al-S45-30
86
Đồ thị quan hệ (h)2 theo h của các mẫu CIS:Na-N40-30
và CIS:Na-S40-30
87
Ảnh SEM của các mẫu CIS-SPD và CIS-R120 được lắng
đọng bằng các phương pháp (a) SPD, (b) URSP
89
Hình 3.19
Hình 3.22
Hình 3.23
Hình 3.24
Hình 3.28
Hình 3.29
Hình 3.30
Hình 3.33
Hình 3.34
Ảnh AFM của các mẫu CIS-SPD và CIS-R120 được lắng
đọng bằng các phương pháp (a) SPD, (b) URSP
89
Ảnh phân tích mật độ phân bố các nguyên tố Cu, In và S
trong trường hợp mẫu CIS-R120 lắng đọng với chiều dày
= 1,27m
90
Kết quả phân tích (a) phần trăm nguyên tử các nguyên tố và
(b) tỉ lệ Cu/In, S/(Cu+In) theo các điểm đo dọc theo mặt cắt
ngang của mẫu CIS-R120
91
Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu CuInS2 lắng đọng với chiều dày
khác nhau (a) 0,62m, (b) 0,82 m, (c) 1,27 m, (d) 2,11 m
và (e) 2,67 m
92
Ảnh AFM của mẫu CuInS2 lắng đọng với chiều dày thay đổi:
(a) 1,27m (CIS-R120), (b) 2,11m (CIS-R210)
và (c) 2,67m (CIS-R260)
93
Hình 3.40
Độ truyền qua của các mẫu lắng đọng với chiều dày khác nhau
94
Hình 3.41
Hệ số hấp thụ của các mẫu lắng đọng với chiều dày khác nhau
94
Hình 3.42
Đồ thị quan hệ quan hệ (h)2 theo h của các mẫu lắng đọng
với chiều dày khác nhau
95
Hình 3.43
Sự thay đổi điện trở suất các mẫu lắng đọng theo chiều dày
96
Hình 3.44
Quy trình công nghệ lắng đọng lớp hấp thụ CuInS2
97
Hình 3.45
Quy trình công nghệ lắng đọng lớp hấp thụ CuInS2:Al(Na)
98
Hình 4.1
Giản đồ XRD của mẫu ZnO:In lắng đọng với các tỉ lệ
[In]/[Zn] khác nhau
101
Phổ truyền qua của các mẫu ZnO:In với các tỉ lệ [In]/[Zn]
khác nhau
102
Hình 4.3
Đồ thị quan hệ (h)2 với h của mẫu IZO:12
102
Hình 4.4
Ảnh AFM và kết quả phân tích các giá trị đặc trưng hình thái
bề mặt của các mẫu (a) IZO:12 ([In]/[Zn]=0,012) và
(b) IZO:18 ([In]/[Zn]=0,018)
103
Hình 4.5
Quy trình công nghệ lắng đọng lớp cửa sổ ZnO:In
104
Hình 4.6
Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu CdS lắng đọng với các chiều
dày khác nhau (a) 60 nm, (b) 80 nm, (c) 120 nm và (d) 190 nm
106
Ảnh SEM của mẫu CS-12
106
Hình 3.35
Hình 3.36
Hình 3.37
Hình 3.38
Hình 3.39
Hình 4.2
Hình 4.7
Hình 4.8
Phổ truyền qua của các mẫu (a) CS-08, (b) CS-12 và (c) CS-19
107
Hình 4.9
Đồ thị quan hệ (h)2 với h của các mẫu CdS khảo sát
107
Hình 4.10
Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu khảo sát (a) CS:00Fe,
(b) CS:03Fe, (c) CS:06Fe và (d) CS:09Fe
108
Ảnh AFM của các mẫu khảo sát (a) CS:03Fe, (b) CS:06Fe và
(c) CS:09Fe
109
Hình 4.12
Phổ truyền qua của các mẫu CdS:Fe khảo sát
110
Hình 4.13
Đồ thị quan hệ (h)2 với h của các mẫu CdS:Fe khảo sát
110
Hình 4.14
Quy trình công nghệ lắng đọng lớp đệm CdS
111
Hình 4.15
Quy trình công nghệ lắng đọng lớp đệm CdS:Fe
112
Hình 5.1
Pin mặt trời màng mỏng
tinh/ZnO:In/CdS/CuInS2/Kim loại
Hình 4.11
cấu
trúc
đảo
Thủy
114
Giản đồ năng lượng của pin mặt trời mặt trời màng mỏng
cấu trúc đảo Thủy tinh/ZnO:In/CdS/CuInS2/Kim loại nhận
được bằng mô phỏng SCAPS-1D
115
Sự thay đổi (a) điện áp hở mạch, (b) mật độ dòng ngắn mạch,
(c) hệ số lấp đầy và (d) hiệu suất chuyển đổi theo CIS
117
Sự thay đổi (a) điện áp hở mạch (b) mật độ dòng ngắn mạch,
(c) hệ số lấp đầy và (d) hiệu suất chuyển đổi theo Eg của CuInS2
119
Sự thay đổi (a) điện áp hở mạch (b) mật độ dòng ngắn mạch,
(c) hệ số lấp đầy và (d) hiệu suất chuyển đổi theo CdS
121
Quy trình công nghệ pin mặt trời màng mỏng cấu trúc đảo
Thủy tinh/ZnO:In/CdS/CuInS2/Kim loại chế tạo thử nghiệm
bằng phương pháp FSPD
122
Hình 5.7
Ảnh chụp các pin mặt trời chế tạo sau khi cắt rời và gắn điện cực
123
Hình 5.8
Ảnh SEM mặt cắt ngang của mẫu CEL-22 chế tạo bằng
phương pháp FSPD
123
Đặc trưng J-V của pin mặt trời chế tạo với chiều dày lớp hấp
thụ thay đổi
124
Hình 5.10
Đặc trưng J-V tối của mẫu CEL-22 và đồ thị quan hệ lnJ với V
125
Hình 5.11
So sánh đặc trưng J-V của mẫu thực nghiệm CEL-22 và mẫu
mô phỏng M36
126
Đặc trưng J-V của mẫu CEL-N11 trong tối (a) và chiếu sáng (b)
128
Hình 5.2
Hình 5.3
Hình 5.4
Hình 5.5
Hình 5.6
Hình 5.9
Hình 5.12
So sánh đặc trưng J-V của mẫu thực nghiệm CEL-N11 và mô
phỏng M37
130
Hình 5.14
Đồ thị quan hệ lnJ với V của mẫu CEL-N11
131
Hình 5.15
Đặc trưng J-V của các pin mặt trời với chiều dày lớp đệm
thay đổi
132
Hình 5.16
Đặc trưng J-V sáng của mẫu CEL-D01
134
Hình 5.17
Đặc trưng J-V sáng của mẫu CEL-D02
135
Hình 5.18
So sánh đặc trưng J-V của mẫu CEL-D02 và mẫu mô phỏng M-38
136
Hình 5.19
Giản đồ năng lượng của các pin mặt trời nhận được từ mô
phỏng SCAPS-1D trong hai trường hợp: (a) CEL-N11 và (b)
CEL-D02
137
Đặc trưng J-V của mẫu CEL-D_Fe
138
Hình 5.13
Hình 5.20
1
MỞ ĐẦU
Theo thông báo của Ủy ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu IPCC
(The Intergovernmental Panel on Climate Change), sản lượng năng lượng tiêu thụ
hàng năm trên thế giới hiện nay là 10 TW và dự báo sẽ gia tăng đến 30 TW vào năm
2050. Hiện tại, nhân loại đang đối diện trước hai thách thức to lớn: thứ nhất là sự cạn
kiệt nhanh các nguồn nhiên liệu hóa thạch và thứ hai là sự biến đổi khí hậu toàn cầu.
Nguyên nhân sự biến đổi khí hậu là sự gia tăng nhanh khí nhà kính (CO2) trong khí quyển
mà nguyên nhân chính là do nhiên liệu hóa thạch bị đốt cháy [62,128,134,146].
Có thể thấy rằng, vấn đề an ninh năng lượng đang trở nên nóng bỏng hơn bao giờ
hết và đây là vấn đề mang tính cấp thiết trong bối cảnh cả thế giới đứng trước bài toán
khó khăn là tìm kiếm các nguồn năng lượng bền vững, thân thiện với môi trường để
thay thế cho các nguồn năng lượng truyền thống đang dần cạn kiệt. Trong bối cảnh
này, việc nghiên cứu sử dụng các dạng năng lượng tái tạo đang nhận được sự quan tâm
đặc biệt của các nhà khoa học của nhiều quốc gia trên thế giới [12,18,69,134,140].
Có thể kể đến như bài viết trên tờ Nature (số 14, tháng 8 năm 2008) “Điện không có
cacbon” [146], bài “Nếu bạn đầu tư vào năng lượng tái tạo?”, trên tờ Daily Mail
(số tháng 3 năm 2011) [155] hay trên tờ United Press International (số tháng 8 năm 2011)
có bài “Nhật Bản tăng cường năng lượng tái tạo?" [69]. Tờ Daily Mail (số tháng 5
năm 2011) trích dẫn báo cáo mới nhất của IPCC ước tính: “Gần 80% nhu cầu tiêu
thụ năng lượng trên thế giới có thể được đáp ứng bằng năng lượng tái tạo vào giữa
thế kỷ này nếu các quốc gia trên thế giới áp dụng hiệu quả những chính sách
khuyến khích sử dụng năng lượng sạch” [134]. Báo cáo của IPCC cũng cho biết,
việc chuyển sang sử dụng các nguồn năng lượng sạch sẽ giúp giảm đáng kể lượng
khí thải gây hiệu ứng nhà kính - một trong những nguyên nhân hàng đầu làm biến
đổi khí hậu, dẫn tới sự gia tăng lũ lụt, hạn hán và mực nước biển dâng cao. Ở Việt
Nam, năng lượng tái tạo cũng được sự quan tâm rất lớn của Chính phủ. Tại Hội thảo
Quốc tế “Điện mặt trời công nghiệp: Từ sản xuất đến khai thác hiệu quả” vào năm
2008, Phó thủ tướng Hoàng Trung Hải đã khẳng định: “Năng lượng hiện nay đã trở
thành vấn đề thời sự, là yếu tố quan trọng quyết định đến sự ổn định và phát triển
