CẤU TẠO CỦA PIN MẶT TRỜI CIGS

CIGS

CIGS là viết tắt của các nguyên tố bào gồm đồng (Cu), indium (In), Gallium (Ga), và selen (Se) hoặc sulfur (S). CIGS là một trong ba công nghệ pin màng mỏng chính, hai công nghệ còn lại là cadmium Telluride và silic vô định hình.

Pin mặt trời Cu (In, Ga) Se2 (CIGS) là một trong những công nghệ màng mỏng nổi bật nhất, với hiệu suất phòng thí nghiệm kỷ lục 23,4% đạt được vào năm 2019 bởi Solar Frontier. Vật liệu CIGS có dải hấp thụ (bandgap) và hệ số hấp thụ cao. Khả năng hấp thụ ánh sáng mặt trời hiệu quả có thể đạt được trong các lớp CIGS mỏng tới 1 µm, mỏng hơn 100 lần so với pin mặt trời silicon tinh thể. Điều này hứa hẹn về tiềm năng của pin mặt trời hiệu suất cao được tạo ra với mức tiêu thụ vật liệu tối thiểu. Một đặc tính chính khác của vật liệu này là các đặc tính quang điện tử có lợi có thể đạt được với một loạt các biến thể thành phần. Ngoài ra, vật liệu CIGS được làm bằng hợp kim CuInSe2 với nồng độ Ga thay đổi hoặc bổ sung các nguyên tố khác như Ag, S cho phép điều chỉnh dải hấp thụ.

CIGS
CIGS

Lớp CIGS hoạt động là một màng đa tinh thể với cấu trúc tinh thể. Lớp hấp thụ CIGS là vật liệu loại p tiếp xúc với lớp CdS loại n.

Pin mặt trời CIGS có hiệu quả chuyển đổi cao kèm với tính ổn định lâu dài khiến CIGS trở thành vị trí độc nhất, đóng vai trò là trung tâm trong lĩnh vực năng lượng tái tạo toàn cầu. Rõ ràng CIGS là công nghệ sinh ra để thống trị các phân khúc thị trường đang nổi lên nhanh chóng như điện mặt trời tích hợp trong các tòa nhà (BIPV), ứng dụng trên các phương tiện vận chuyển (VIPV), điện mặt trời nổi (FPV), trên nền đường (RPV), vật liệu xây dựng, nông nghiệp (APV),… Cùng tìm hiểu về các ưu điểm cũng như các ứng dụng của PIN MẶT TRỜI CIGS tại đây.

CẤU TẠO CỦA PIN MẶT TRỜI CIGS

Tam-pin-CIGS
Tấm pin CIGS

Tấm pin CIGS bắt đầu với quá trình phún xạ Mo trên nền thủy tinh. Các đặc tính của màng Mo phải được tối ưu hóa cho độ bám dính, điện trở xuất thấp, độ phản xạ quang học cao, độ ổn định cao, khả năng chống ăn mòn tốt, tối ưu hóa độ bền của modules và cấu trúc của nó cho phép natri (Na) từ thủy tinh khuếch tán qua lớp CIGS. Các nghiên cứu cho thấy sự có mặt của Natri giúp hỗ trợ định hình cấu trúc, cải thiện hiệu suất (2-3%) của lớp hấp thụ CIGS.

Chất hấp thụ CIGS được lắng đọng bằng cách sử dụng một số phương pháp như: phún xạ (sputtering), bốc bay (evaporation), lắng đọng điện hóa (electrochemical deposition), lắng đọng chùm ion (ion-beam deposition) với mục đích làm bay hơi các nguyên tố kim loại đồng thời hoặc theo một trình tự nhất định nhằm tạo tiền chất kim loại Cu, In, Ga trên nền Mo sau đó là quá trình selen/S hóa để tạo thành màng CIGS hoàn chỉnh. Quá trình này đặc biệt quan trọng, diễn ra ở nhiệt độ cao giúp định hình cấu trúc lớp hấp thụ CIGS, quyết định trực tiếp tới hiệu suất quả mô-đun.

Hiện nay có nhiều loại pin năng lượng mặt trời khác nhau trên thị trường nhằm phục vụ những nhu cầu và mục đích khác nhau. Một số loại đã được phát triển từ lâu, một số loại còn lại vẫn còn khá mới mẻ. Các loại pin năng lượng mặt trời hiện nay được chia ra làm ba thế hệ chính. Cùng tìm hiểu thêm qua bài viết CÁC LOẠI PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Quá trình phủ lớp CdS được thực hiện bằng phương pháp lắng đọng hóa chất (CBD: chemical bath deposition), tạo thành một lớp đệm vô cùng mỏng nằm trên lớp CIGS. Quá trình này vô cùng quan trọng trong công nghệ sản xuất các mô-đun năng lượng mặt trời màng mỏng CIGS. Lớp đệm CdS (n-type) trong lớp tiếp xúc dị thể hình thành lớp tiếp nối với lớp hấp thụ CIGS (p-type) đồng thời vẫn dẫn được lượng ánh sáng tối đa tới lớp hấp thụ. Như vậy, lớp đệm phải có tổn thất hấp thụ ánh sáng là tối thiểu. Bên cạnh đó, lớp đệm CdS còn có tính năng rất quan trọng khác là bảo vệ lớp hấp thụ CIGS, các mối nối, góc cạnh khỏi những phản ứng hóa học cũng như tác động cơ học. Đặc biệt là tác động của quá trình phún xạ ZnO trong giai đoạn tiếp theo. Điều này giúp lớp hấp thụ CIGS có tuổi thọ cao hơn. Thông thường thì CBD-CdS được thực hiện bằng cách sử dụng dung dịch kìm có thành phần chủ yếu là một trong các loại hợp chất của Cd (chloride, nitrate, muối sulfate…) làm nguồn sulfide và amoniac làm tác nhân tạo phức. Sau khi lớp đệm CdS được lắng đọng, mô-đun sẽ chuyển qua giai đoạn phủ i-ZnO. Độ dày của lớp i-ZnO chỉ khoảng từ 0.03 – 0.05 µm, làm lớp tiếp xúc phía sau lớp TCO, đóng vai trò như những cái “bẫy ánh sáng” giúp ánh sáng mặt trời có thể phản xạ nhiều lần qua lớp hấp thụ CIGS giúp tăng độ hiệu quả của mô-đun.

Chi-tiet-tam-pin-CIGS
Chi tiết tấm pin CIGS

Lớp oxit dẫn điện trong suốt (TCO) có thể là IZO (Indium Zinc Oxide) hoặc ITO (Indium Tin Oxide) hoặc AZO (Aluminium Zinc Oxide) đóng vai trò như một điện cực màng với yêu cầu có độ dẫn điện, truyền ánh sáng cao (>80%), điện trở suất thấp. Thông thường lớp TCO là (ZnO:Al) vì hiệu quả cao, giá thành thấp, nguyên liệu dồi dào và không độc hại. Với độ dày khoảng từ 0.3-0.5 µm, có điện trở thấp, độ truyền ánh sáng cao, tính ổn định hóa học tốt.

Tiếp theo, mô-đun sẽ được ghép thêm lớp kính cường lực siêu trắng, có độ truyền sáng cao (>80%), khả năng chống va đập tốt đóng vai trò là lớp bảo vệ phía trên. Sau đó Junction box sẽ được kết nối cùng cáp DC và MC4 ở mặt sau của module và được cố định bằng keo chuyên dụng.

Tam-pin-CIGS-truoc-sau
Tấm pin CIGS trước sau