Hcmute nghiên cứu, xây dựng tấm pin nlmt hữu cơ trên cơ sở cấu trúc pin nlmt màu nhạy quang

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG TẤM PIN NLMT HỮU CƠ TRÊN CƠ SỞ CẤU TRÚC PIN NLMT MÀU NHẠY QUANG MÃ SỐ: SV2021-107 CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: PHAN ĐÌNH LONG NHẬT SKC 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2021 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG TẤM PIN NLMT HỮU CƠ TRÊN CƠ SỞ CẤU TRÚC PIN NLMT MÀU NHẠY QUANG SV2021-107 Thuộc nhóm ngành khoa học: SV thực hiện: Phan Đình Long Nhật Nam, Nữ: Nam Dân tộc: Kinh Lớp, khoa: 19142CLA1, khoa Đào tạo Chất Lượng Cao Năm thứ: /Số năm đào tạo: Ngành học: CNKT Điện- Điện Tử Người hướng dẫn:TS Huỳnh Hồng Trung TP Hồ Chí Minh, 10/2021 Số hiệu: HD/QT-PKHCN-QHQT-NCKHSV/00 Lần soát xét: 00 Ngày hiệu lực: 01/4/2020 Trang: 2/14 Luan van MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài: Lý chọn đề tài: Mục tiêu đề tài: Phương pháp nghiên cứu : Đối tượng phạm vi nghiên cứu : CHƯƠNG : LÝ THUYẾT 1.1 Yêu cầu kỹ thuật 1.2 Sử dụng cấu trúc dye-sensitized : 1.3 Quá trình thực CHƯƠNG : KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 12 CHƯƠNG : ĐÁNH GIÁ 13 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 13 Kết luận : 13 Kiến nghị : 13 Định hướng phát triển : 13 TÀI LIỆU THAM KHẢO 13 Số hiệu: HD/QT-PKHCN-QHQT-NCKHSV/00 Lần soát xét: 00 Ngày hiệu lực: 01/4/2020 Trang: 3/14 Luan van DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT OSCs (Organic Solar Cells) ITO (Indium Tin Oxid) D.I (DEIONIZED WATER) TOSC (Transparent Organic Solar Cell) PSC (Polymer Solar Cell) Số hiệu: HD/QT-PKHCN-QHQT-NCKHSV/00 Lần soát xét: 00 Ngày hiệu lực: 01/4/2020 Trang: 4/14 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu, xây dựng pin NLMT hữu sở cấu trúc pin NLMT màu nhạy quang - Chủ nhiệm đề tài: Phan Đình Long Nhật Mã số SV: 19142078 - Lớp: 19142CLA1 Khoa: Đào tạo Chất Lượng Cao - Thành viên đề tài: Stt Họ tên Võ Quang Lộc MSSV 19142191 Lớp 19142CLA3 Khoa Đào tạo Chất Lượng Cao - Người hướng dẫn: TS Huỳnh Hoàng Trung Mục tiêu đề tài: Chế tạo loại OSCs từ nhiều thành phần hữu khác (Củ nghệ, dâu tây, mâm xôi, khoai lang tím, vỏ nho,… ) đạt 0.3-0.5V Mắc nối tiếp OSCs đạt 3-4V, thắp sáng đèn LED nhỏ 1.5-3V Tính sáng tạo: Kết nghiên cứu: Nhóm làm pin với nhiều thành phần hữu củ nghệ, dâu tây, bắp cải tím, … Đat 0.3 – 0.5 V theo mục tiêu đề Hiệu suất cải thiện, tiêu biểu bắp cải tím Nhóm chưa đạt yêu cầu mắc nối tiếp OSCs để thắp sáng đèn LED Đóng góp mặt giáo dục đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng khả áp dụng đề tài: Sản phẩm nhóm muốn đưa thị trường thời điểm mơ hình giáo dục lượng cho bạn học sinh THCS THPT (mơ hình chế tạo pin NLMT VN áp dụng cho giáo dục) Sau sản phẩm pin sạc dự phịng, sản phẩm pin NLMT hữu tích hợp nông nghiệp, Và tương lai sản phẩm pin NLMT suốt sử dụng tịa nhà kính cao tầng, phương tiện giao thơng cơng cộng, nhằm đón đầu bùng nổ pin NLMT hệ vào đầu năm 2025 Số hiệu: HD/QT-PKHCN-QHQT-NCKHSV/00 Lần soát xét: 00 Ngày hiệu lực: 01/4/2020 Trang: 5/14 Luan van Công bố khoa học SV từ kết nghiên cứu đề tài (ghi rõ tên tạp chí có) nhận xét, đánh giá sở áp dụng kết nghiên cứu (nếu có): Ngày tháng năm SV chịu trách nhiệm thực đề tài (kí, họ tên) Nhận xét người hướng dẫn đóng góp khoa học SV thực đề tài (phần người hướng dẫn ghi): Ngày tháng năm Người hướng dẫn (kí, họ tên) Số hiệu: HD/QT-PKHCN-QHQT-NCKHSV/00 Lần soát xét: 00 Ngày hiệu lực: 01/4/2020 Trang: 6/14 Luan van MỞ ĐẦU Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài: Lý chọn đề tài: Với bùng nổ ngành lượng tái tạo nay, đặc biệt lượng mặt trời, nhà máy điện mặt trời quy mô nhỏ xuất ngày nhiều nhiều nơi Góp phần giảm áp lực điện quốc gia, nâng cao hiệu kinh tế, xã hội môi trường Tuy nhiên, việc sản xuất lượng mặt trời kèm với vấn đề pin mặt trời thải độc tố hợp chất bán dẫn khó để phân hủy sản xuất sau q trình sử dụng Qua gây hại cho môi trường sức khỏe người Sự phát triển điện mặt trời làm cho vấn đề giải pin mặt trời trở nên cấp bách cần thiết Đó lý nhóm chúng em định thực dự án pin lượng mặt trời hữu suốt để giải vấn đề giữ yếu tố cốt lõi pin lượng mặt trời, ưu điểm pin lượng mặt trời hữu suốt rẻ hơn, thân thiện với môi trường hơn, linh hoạt hơn, đẹp Mục tiêu đề tài: Chế tạo loại OSCs từ nhiều thành phần hữu khác (Củ nghệ, dâu tây, mâm xôi, khoai lang tím, vỏ nho,…) đạt 0.3-0.5V Mắc nối tiếp OSCs đạt 3-4V, thắp sáng đèn LED nhỏ 1.5-3V Phương pháp nghiên cứu : Phân tích tổng hợp báo NCKH nước sản phẩm có mặt thị trường nước ngồi Đối tượng phạm vi nghiên cứu : Sử dụng sở vật chất hạ tầng Việt Nam Số hiệu: HD/QT-PKHCN-QHQT-NCKHSV/00 Lần soát xét: 00 Ngày hiệu lực: 01/4/2020 Trang: 7/14 Luan van CHƯƠNG : LÝ THUYẾT 1.1 Yêu cầu kỹ thuật Đáp ứng yêu cầu phù hợp với điều kiện sở vật chất Việt Nam, hoạt động vùng sâu vùng xa, vùng thiếu nắng nước Nhóm định sử dụng cấu trúc Dye-Sensitized Solar Cell (Pin NLMT màu nhạy quang) ví dụ điển hình cho sản phẩm thương mại hóa sử dụng rộng rãi với cấu trúc Fujikura DSSCs Với kích thước khác phù hợp với điều kiện sử dụng như: nông nghiệp công nghệ, cao, dây chuyền sản xuất lớn, thiết bị giám sát, Ngồi ra, nhóm định sử dụng thành phần hữu cho lớp màu nhạy quang pin DSSCs nhằm tận dụng nguồn lợi nguyên liệu đầu vào, chất lượng giá thành rẻ Việt Nam để chế tạo sản phẩm 1.2 Sử dụng cấu trúc dye-sensitized : Nhóm sử dụng cấu trúc pin mặt trời màu nhạy quang dye-sensitized để sản xuất phương pháp chế tạo đơn giản, chi phí thấp, thành phần hữu loại rau củ có màu sắc sặc sỡ củ nghệ, bắp cải tím, … sử dụng làm màu nhạy quang Tận dụng lợi từ cấu trúc này, nhóm chúng em định thay đổi cực âm pin mặt trời vật liệu suốt để tạo bảng điều khiển lượng mặt trời hữu Hình 1.1 Cấu trúc pin lượng mặt trời hữu - ITO : anode, phải suốt - (TiO2 + CH3COOH): tạo hấp thụ ánh sáng - Lớp nghệ : làm màu nhạy quang hấp thụ ánh sáng - KI + I2 + C2H6O2 (lớp truyền lỗ trống) (dye-sensitized): hiệu tăng cường trình truyền hạt đến lỗ đến cực, góp phần kéo dài tuổi thọ thành phần - Lớp carbon : giữ điện tích dương để phân cực bảng điều khiển 1.3 Quá trình thực Bước 1: Rửa ITO chất dung môi theo thứ tự AXETON » ETHANOL » NƯỚC D.I (DEIONIZED WATER) Rửa máy đánh siêu âm, lần rửa phút nhiệt độ 35℃ để khơ Mục đích: - Rửa axeton dùng để loại bỏ tạp chất ITO - Rửa ethanol để loại bỏ chất bám ITO - Rửa nước D.I để loại bỏ ion ITO Số hiệu: HD/QT-PKHCN-QHQT-NCKHSV/00 Lần soát xét: 00 Ngày hiệu lực: 01/4/2020 Trang: 8/14 Luan van Làm giảm điện trở ITO Bước 2: Chuẩn bị hỗn hợp CH3COOH (độ pH phù hợp) TiO2 trộn lại cho hỗn hợp đặc sệt Mục đích: Tạo chất hấp thụ ánh sáng để chuẩn bị cho bước Bước 3: Đo điện trở ITO Mục đích: kiểm tra xem mạch dẫn điện Bước 4: Cố định ITO, quét hỗn hợp TiO2 lên mặt có điện trở Bước 5: Nung ITO bếp hồng ngoại (30 phút với nhiệt độ khoảng 300~400 ℃) Mục đích; làm cho hỗn hợp TiO2 bám bề mặt ITO Bước 6: Cắt củ nghệ giã cho nhuyễn ngâm với dung dịch ethanol, bảo quản bóng tối Mục đích: Trong củ nghệ có chất curcumin có khả hấp thụ ánh sáng bám tốt chọn nghệ củ nghệ phải tươi, không nên dùng bột nghệ Ngâm dung dịch ethanol chất curcumin thoát cách nhanh chóng Hình 1.2 Các màu nhạy quang lấy từ rau củ (bắp cải tím, nghệ, dâu tây) Bước 7: Nhỏ giọt nghệ lên ITO vừa nung xong để khơ Mục đích: Để khô cho chất curcumin bám hẳn vào ITO Số hiệu: HD/QT-PKHCN-QHQT-NCKHSV/00 Lần soát xét: 00 Ngày hiệu lực: 01/4/2020 Trang: 9/14 Luan van Hình 1.3 Tấm ITO phủ lớp nghệ Bước 8: Chuẩn bị hỗn hợp gồm KI(0,8g) + I2(0,1g) + Ethylene Glycol (dyesensitized) Bước 9: Hơ ITO lại lên lửa đèn cày (hơ mặt có điện trở) cho mặt ITO đen hồn tồn (hơ khoảng 140 lần) Mục đích: Phủ lớp carbon lên ITO để giữ điện tích dương để tạo cực cho pin Số hiệu: HD/QT-PKHCN-QHQT-NCKHSV/00 Lần soát xét: 00 Ngày hiệu lực: 01/4/2020 Trang: 10/14 Luan van Hình 1.4 Nung nóng ITO Bước 10: Lau ITO nung cực Mục đích: Giảm điện trở bám ITO Bước 11: Nhỏ giọt hỗn hợp B8 lên ITO có TiO2 Bước 12: Lau ITO hơ đen để chừa cực diện tích khớp với bề mặt TiO2 Bước 13: Cố định ITO Số hiệu: HD/QT-PKHCN-QHQT-NCKHSV/00 Lần soát xét: 00 Ngày hiệu lực: 01/4/2020 Trang: 11/14 Luan van Hình 1.5 Tấm pin lượng mặt trời hữu dùng bắp cải tím (sản phẩm hồn thành) Bước 14: Kiểm tra ánh sáng mặt trời Điều kiện: - Có ánh sáng hiệu điện tăng, khơng có ánh sáng giảm mạnh Hình 1.6 Kiểm tra pin ánh nắng mặt trời CHƯƠNG : KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Chế tạo loại OSCs từ nhiều thành phần hữu khác (Củ nghệ, dâu tây, mâm xơi, khoai lang tím, vỏ nho,… ) đạt 0.3-0.5V Số hiệu: HD/QT-PKHCN-QHQT-NCKHSV/00 Lần soát xét: 00 Ngày hiệu lực: 01/4/2020 Trang: 12/14 Luan van Nhóm chúng em chưa đạt yêu cầu mắc nối tiếp OSCs để thắp sáng đèn LED Tuy nhiên, có số mục tiêu nhóm chúng em chưa đạt yêu cầu mắc nối tiếp pin lại với để thắp sáng đèn LED CHƯƠNG : ĐÁNH GIÁ Nhóm làm pin với nhiều thành phần hữu củ nghệ, dâu tây, bắp cải tím, … Đat 0.3 – 0.5 V theo mục tiêu đề Hiệu suất cải thiện, tiêu biểu bắp cải tím KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận : Nhóm chúng em chế tạo thành cơng nhiều pin lượng mặt trời hữu với màu nhạy quang thành phần rau củ có màu sắc sặc sỡ khác Điện áp định mức tối thiểu đạt dược 0,3 V đáp ứng dược phần mục tiêu nhóm Tuy nhiên, nhóm chúng em chưa thể mắc nối tiếp pin lại để thắp sáng bóng đèn, đại dịch COVID-19 khiến cho nhóm khơng thể đến phịng thí nghiệm Kiến nghị : Trong tương lai, nhóm chúng em tiếp tục mục tiêu mắc nối tiếp pin lại với nhau, không ngừng cải thiện hiệu suất tuồi thọ pin Bên cạnh đó, nhóm kết hợp pin với tụ điện hữu Ngoài ra, nhóm chúng em nghiên cứu tạo pin khác TOSC (transparent organic solar cell), PSC (polymer solar cell) Định hướng phát triển : Sản phẩm nhóm muốn đưa thị trường thời điểm mơ hình giáo dục lượng cho bạn học sinh THCS THPT (mơ hình chế tạo pin NLMT VN áp dụng cho giáo dục) Sau sản phẩm pin sạc dự phịng, sản phẩm pin NLMT hữu tích hợp nông nghiệp, Và tương lai sản phẩm pin NLMT suốt sử dụng tịa nhà kính cao tầng, phương tiện giao thơng cơng cộng, nhằm đón đầu bùng nổ pin NLMT hệ vào đầu năm 2025 TÀI LIỆU THAM KHẢO  C Chueh, C Li, A.K Jen, Environmental science recent progress and perspective in solution-processed interfacial materials for efficient and stable polymer and organometal perovskite solar cells, Energy Environ Sci (2015) 1160–1189  H.-L Yip, A.K.-Y Jen, Recent advances in solution-processed interfacial materials for efficient and stable polymer solar cells, Energy Environ Sci (2012) 5994 Số hiệu: HD/QT-PKHCN-QHQT-NCKHSV/00 Lần soát xét: 00 Ngày hiệu lực: 01/4/2020 Trang: 13/14 Luan van  [3] R Steim, S.A Choulis, P Schilinsky, C.J Brabec, Interface modification for highly efficient organic photovoltaics, Appl Phys Lett 92 (2008) 93303  R Steim, F.R Kogler, C.J Brabec, Interface materials for organic solar cells, J Mater Chem 20 (2010) 2499  J.L Delgado, P.-A Bouit, S Filippone, M.A Herranz, N Martín, Organic photovoltaics: a chemical approach, Chem Commun (Camb) 46 (2010) 4853– 4865  E Espíldora, J.L Delgado, N Martín, Donor-acceptor hybrids for organic electronics, Isr J Chem 54 (2014) 429–439  J.L Brédas, J.E Norton, J Cornil, V Coropceanu, Molecular understanding of organic solar cells: the challenges, Acc Chem Res 42 (2009) 1691–1699  K.A Mazzio, C.K Luscombe, The future of organic photovoltaics, Chem Soc  Rev 44 (2015) 78–90  S E Shaheen, R Radspinner, N Peyghambarian, G E Jabbour, Fabrication of bulk hetero junction plastic solar cells by screen printing, Applied Physics Letters 79 (2001), 2996  G Gustafsson, Y Cao, G M Treacy, F Klavetter, N Colaneri, A J Heeger, Flexible light-emitting-diodes made from soluble conducting polymers, Nature 357 (1992), 477 Số hiệu: HD/QT-PKHCN-QHQT-NCKHSV/00 Lần soát xét: 00 Ngày hiệu lực: 01/4/2020 Trang: 14/14 Luan van Luan van ... KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG TẤM PIN NLMT HỮU CƠ TRÊN CƠ SỞ CẤU TRÚC PIN NLMT MÀU NHẠY QUANG SV2021-107 Thuộc nhóm ngành khoa... PHẠM KỸ THUẬT TPHCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu, xây dựng pin NLMT hữu sở cấu trúc pin NLMT màu nhạy quang - Chủ nhiệm đề tài: Phan Đình Long... lớp màu nhạy quang pin DSSCs nhằm tận dụng nguồn lợi nguyên liệu đầu vào, chất lượng giá thành rẻ Việt Nam để chế tạo sản phẩm 1.2 Sử dụng cấu trúc dye-sensitized : Nhóm sử dụng cấu trúc pin