khảo sát pin mặt trời quang điện hóa với điện cực tio2/nano vàng

khảo sát pin mặt trời quang điện hóa với điện cực tio2/nano vàng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Ngô Văn Hải KHẢO SÁT PIN MẶT TRỜI QUANG ĐIỆN HÓA VỚI ĐIỆN CỰC TiO 2 /NANO VÀNG KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Vật lý kỹ thuật HÀ NỘI - 2013 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Ngô Văn Hải KHẢO SÁT PIN MẶT TRỜI QUANG ĐIỆN HÓA VỚI ĐIỆN CỰC TiO 2 /NANO VÀNG KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Vật lý kỹ thuật Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS. Phạm Văn Hội KHẢO SÁT PIN MẶT TRỜI QUANG ĐIỆN HÓA VỚI ĐIỆN CỰC TiO 2 /NANO VÀNG Ngô Văn Hải Khóa QH-2009/CQ, ngành Vật lý kỹ thuật Tóm tắt khóa luận: u v pin mt tru ng cng plasmon  kim lou ng dng hiu ng cng plasmon  mt h t trn cc TiO 2 /Au. Ch t 2 u p b tng kt hp v t. Kht tri n cc TiO 2   kh p ht ti khi hp th  n t  t hp TiO 2 /Au b kt hp vt, kh m   ca ht  Từ khóa: Pin mt tr plasmon, TiO 2 /Au LỜI CẢM ƠN Em xin cng du kin thun li cho em trong sut thi gian thc hin. Thng d  c kinh nghit thi gian hc tc hin .  t ling dng quang si, Vin Khoa hc vt liu, Vih Vi ng dn em c nghim  .   Ngô Văn Hải LỜI CAM ĐOAN    n tt nghit qu   u ci s ng dn ca PGS.TS. Phi. Tt c  s li   tu, n ph liu tham kh d ngun g n ph lc cun.   Ngô Văn Hải Danh mục các từ viết tắt: Abs: Absorption CVD Chemical Vapour Deposition EIA Energy Information Administration FE-SEM Field Emission Scaning Electron Microscope LSP Local Surface Plasmon PEC Photo-Electrochemical Cell PSTM Tunneling Scanning Photon PVD Physical Vapour Deposition SEM Scaning Electron Microscope SSP Surface Plasmon Polariton UV Ultra Violet XRD X-Ray Diffraction MC LC M U 1 NG QUAN V PIN MT TRI. VT LIU OXIT TITAN (TiO2). HIU NG C MT KIM LOI 3 1.1 Pin mt tri, pin mt tr 3 1.1.1 Lch s n 3 1.1.2 Pin mt trng 4 1.1.3 Pin mt tr 6 1.2 Vt lin oxit tian (TiO 2 ) 8 t chung ca TiO 2 8 a TiO 2 10 1.2.3  11 1.3 Hiu ng cng plasmon b mt kim loi 15  t v  15 1.3.2. S c plasmon t kim loi 17 1.3.3 Plasmon b mnh x t nano kim loi 20 c ca pin mt tr dn cc TiO 2 /nano  24   T  THU 27  tng 27 c bay nhit 27 n t 28   30  31 t 37  thu 37 p nh hin t  37 u x tia X 38  hp th 39 n  -V) 39  TNG TiO 2  HP TiO 2  S DN C N CC TiO 2 44 3.1. Ch tng TiO 2 44 3.1.1. Ch t cathode 44 3.1.2. Ch t 2 bt 45 3.2. Ch t hp TiO 2  48 3.2 Kht tr 50 3.2.1. H n ci 50 -V 52 KT LUN CHUNG 54 U THAM KHO 55 1 MỞ ĐẦU  ng cho s tn tn ca mi quc gia. Trong nh  gi  do nhu c n kinh t. Theo t chc EIA (Energy Information Administration),    2006 (4,98 x 10 20 n cung cn sinh ra CO 2 , ching CO 2  ch nguy hi vng sa hing u. M thn kia t ng du th gii          ng thay th  cp thii. Mt tr c   n cung c  ng  n, vi   ng khng l chiu xung b m18 kWh, nu  vi tng th gi  1014 kWh th tr thc ca ngung  n ngun lng  v i  s d n, nhit Pin mt trng   u trong vic chuy i trc ti  ng     ng n. Him pin mt tr i ch yt tri da  vt li ho chuyn i t ng mt tr c ln (lp hp th t s u gn  dng vt li thay th cho lp hp th Si. Oxit titan (TiO 2  m       dng nhi   t b chuy  ng t t tr 2 lm r rng m t  hp th o ra ht ti    cn thit php th ca pin mt tri d kin. Mt trong nhng gii quy dng hiu ng cng plasmon b mt 2 kim lo mt chn TiO 2  p th ca pin mt tri quang   kin. , ma ng TiO 2 u ng plasmon c hp TiO 2 /Au ng dng trong pin mt tr n g Chương 1: Tng quan v pin mt tri, vt liu oxit titan (TiO 2 ). Hiu ng cng  mt kim loi Chương 2:  t thu  Chương 3: Ch tng TiO 2  hp TiO 2  d n cn cc TiO 2 [...]... quantum dot Từ hình 1.3, có thể thấy các pin mặt trời quang điện hóa bao g m ba thành phần chính sau: - Điện cực làm việc, đây là bộ phận chính có vai trò quyết định tới các tính chất căn bản của linh kiện - Chất điện ly - Điện cực đối Hình 1.3 Cấu tạo của pin mặt trời quang điện hóa Điện cực làm việc (Photoanode): Trong pin mặt trời quang điện hóa PEC, điện cực làm việc đóng vai trò quyết định đến... technologies) và pin mặt trời “hạt tải nóng” (hot – carrier cells) Hiện nay, các pin mặt trời thế hệ này vẫn còn trong giai đoạn nghiên cứu Có thể hình dung bức tranh phát triển tổng quát các thế hệ pin mặt trời trên hình 1.1 dưới đây: Hình 1.1: Hiệu suất chuyển đổi quang điện của các thế hệ pin mặt trời 1.1.2 Pin mặt trời màng mỏng Bên cạnh các pin mặt trời Silic, gần đây xuất hiện một loại pin mặt trời cấu... tiếp p-n với hiệu suất chuyển đổi quang điện cao 1.1.3 Pin mặt trời quang điện hóa Hiện nay hiệu suất của pin mặt trời loại đơn lớp GaAs màng mỏng đã đạt hiệu suất tới 24,7% Pin loại Si đươn tinh thể đạt khoảng 27,5%, loại Si đa tinh thể đạt 20,3%, màng Si đạt dưới 16,5%, pin mặt trời hữu cơ đạt dưới 5,4% Các loại pin quang điện hóa PEC (Photo-Electrochemical Cell) bao g m DSSCs (pin mặt trời dung... đối với cả ba thế hệ này: 1) Thế hệ pin mặt trời đầu tiên là các pin mặt trời được chế tạo trên cơ sở đơn hoặc đa tinh thể Silic dạng khối và màng mỏng Mặc dù giá thành cao, nhưng đây là loại ) Năm 2010, pin mặt trời chiếm khoảng pin mặt trời cho hiệu suất cao ( 80% thị phần thương mại 3 2) Pin mặt trời thế hệ thứ hai được gọi là pin mặt trời màng mỏng Loại pin mặt trời này có giá rẻ hơn đáng kể so với. .. chất điện giải phù hợp và các thông số của pin PEC không chịu ảnh hưởng bởi sự giãn nở nhiệt như pin PV - Không cần lớp chống phản xạ như ở pin PV - 6 Tuy nhiên, sự hấp thụ ánh sáng của dung dịch điện giải, độ bền vững của điện cực đang là rào cản cho việc nâng cao hiệu suất của pin PEC Cấu tạo của pin mặt trời quang điện hóa Về nguyên tắc tất cả các pin mặt trời quang điện hóa đều thuộc thế hệ pin mặt. .. kiếm khả năng thay thế chúng bằng các chất điện ly rắn như polymer hoặc các chất vô cơ phù hợp Điện cực đối: Điện cực đối là nơi trao đổi điện với phần tử oxy hóa (Ox) của chất điện ly Nó phải dẫn điện tốt và không phản ứng với chất điện ly Điện cực đối là một lưới Pt hoặc là màng ITO có phủ lớp mỏng Au hoặc Pt Nguyên lý làm việc của pin mặt trời quang điện hóa sẽ được nêu rõ ở phần sau 1.2 Vật liệu...CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PIN MẶT TRỜI VẬT LIỆU OXIT TITAN (TiO2) HIỆU ỨNG CỘNG HƯỞNG PLASMON TRÊN BỀ MẶT KIM LOẠI 1.1 Pin mặt trời, pin mặt trời quang điện hóa 1.1.1 Lịch sử phát triển Năm 1839, A E Becquerel phát hiện ra hiệu ứng quang điện (Photovoltatic Effect) hay còn gọi là hiệu ứng PV đánh dấu sự bắt đầu của kỷ nguyên nghiên cứu các ứng dụng quang điện nói chung và quang điện nói riêng Năm 1877,... xúc giữa chất nhạy sáng với dung dịch chất điện ly Các lớp vật 25 liệu oxit bán dẫn làm nhiệm vụ dẫn điện tử ra mạch ngoài Các phần tử oxy hóa khử (Redox) trong chất điện ly đóng vai trò vận chuyển lỗ trống sáng điện cực đối Từ nguyên lý làm việc của pin mặt trời quang điệ hóa cho thấy điện cực làm việc đóng va trò quyết định hiệu suất chuyển đổi quang điện của pin Bởi trên điện cực đó xảy ra các quá... chất nhạy sáng với chất điện ly, lỗ trống được các phần tử khử (Red) và vận chuyển sang điện cực đối thông qua phản ứng Red + h+ Ox (1.9) Phần tử oxy hóa (Ox) đến điện cực đối nhận điện tử chuyển thành phần tử khử Red Ox + e- Red (1.10) Như vậy một chu trình làm việc của pin mặt trời quang điện hóa kết thúc và năng lượng ánh sáng được chuyển thành điện năng Đối với chất điện ly dung cặp oxy hóa khử (Redox)... hơn đáng kể so với pin mặt trời thế hệ thứ nhất, nhưng hiệu suất còn thấp ( ) Ưu điểm nổi bật của thế hệ pin mặt trời thế hệ thứ hai là giá thành thấp, có thể lắng đọng trên các đế dẻo và có trọng lượng nhẹ Tuy nhiên, chúng cũng có nhược điểm là phải sử dụng một số vật liệu có độc tính 3) Pin mặt trời thế hệ thứ ba là các loại pin mặt trời hữu cơ, pin mặt trời nhạy màu, pin mặt trời ứng dụng công nghệ