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

Nội dung text: 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

1. 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 CuIn1- xGaxse2 (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 AMPS- 1D. 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.
2. 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 S) 1
3. có nhiều triển vọng h n cả [100]. CuIn1-xGaxSe2 là hợp chất bán dẫn thuộc hệ Cu- chalcopyrit 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 S cũng không làm suy giảm đáng kể đến hiệu quả hoạt động. ần đây, hiệu suất k lục 20,3% của loại pin C 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 S, điển hình là N L (M ), Đại học tổng hợp Colorado (M ), Đại học tổng hợp 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
4. 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
5. Trong các lớp cấu thành của một PMT màng mỏng C S, lớp hấp thụ C S và lớp dẫn điện trong suốt ZnO là quan trọng h n cả. Đối với lớp hấp thụ C 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 (ED- Electrodeposition) 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
6. 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
7. 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 S thu được từ chư ng trình mô phỏng AMPS-1D. Các lớp C 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 Hà Nội. Lớp dẫn điện đế Mo được chế tạo bằng hệ ph n xạ Catot niv x 450; lớp dẫn điện trong suốt ZnO và lớp hấp thụ C 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 (UV- VIS). 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
8. 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
9. 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
10. [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. 62- 67. [14]. Bouloufa A., Djessas K., Zegadi A. (2007), “Numerical simulation of CuIn1-xGaxSe2 solar cells by AMPS-1D”, Thin Solid Films 515, pp. 6285- 6287. [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
11. [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. 3912- 3918. [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-electron- beam 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. 684- 687. 141
12. [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 CuIn1- xGaxSe2 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 511- 512, 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. 320- 326. 142
13. [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
14. [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
15. [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
16. [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. 165205- 165215. [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
17. 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 Thin- Film 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
18. [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), “One- dimensional 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
19. 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