ĈҤ,+Ӑ&48Ӕ&*,$7+¬1+3+Ӕ+Ӗ&+Ë0,1+ 75ѬӠ1*ĈҤ,+Ӑ&%È&+.+2$
-o0o -
1*8<ӈ1ĈĂ1*.+2$
7Ә1*+Ӧ39Ұ7/,ӊ8&20326,7(PLATIN/GRAPHENE 2;,7'Ҥ1*.+Ӱ %Ҵ1*3+ѬѪ1*3+È33+Ӕ,75Ӝ1
+8<ӄ13+ÔĈӆ&+ӂ7Ҥ2&$7277521* 3,10Һ775Ӡ,&+Ҩ70¬81+Ҥ<48$1*
(Synthesis of platinum/reduced graphene oxide composite materials
by ex situ method for fabrication of cathodes
in dye-sensitiezed solar cells)
Chuyên QJjQK .Ӻ7+8Ұ7+Ï$+Ӑ& 0mVӕ
/8Ұ19Ă17+Ҥ&6Ƭ
73+Ӗ&+Ë0,1+WKiQJ QăP
Trang 2&{QJWUuQKÿѭӧc hoàn thành tҥi: 7UѭӡQJĈҥi Hӑc Bách Khoa - Ĉ+4*- HCM
Cán bӝ Kѭӟng dүn khoa hӑc: PGS.TS NguyӉn Hӳu HiӃu««««««««
Thành phҫn HӝLÿӗQJÿiQKJLiOXұQYăQWKҥFVƭJӗm:
1 PGS.TS NguyӉn Trҫn Hà ± Chӫ tӏch
2 TS NguyӉn Tuҩn Anh ± Ӫy viên phҧn biӋn 1 3 PGS.TS NguyӉn Thái Hoàng ± Ӫy viên phҧn biӋn 2 4 PGS.TS Trҫn Ngӑc QuyӇn ± Ӫy viên
Trang 31+,ӊ09Ө/8Ұ19Ă17+Ҥ&6Ƭ
+ӑYjWrQKӑFYLrQ 1JX\ӉQĈăQJ.KRD
MSHV: 1870534 1Jj\WKiQJQăPVLQK 08/09/1994 &KX\rQQJjQK .ӻWKXұW+yDKӑF
1ѫLVLQK TP HCM 0mVӕ 60520301
,7Ç1Ĉӄ7¬,
7rQWLӃQJ9LӋW TәQJKӧSYұWOLӋXFRPSRVLWHSODWLQJUDSKHQHR[LWGҥQJNKӱEҵQJSKѭѫQJ
SKiSSKӕLWUӝQKX\ӅQSKÿӇFKӃWҥRFDWRWWURQJSLQPһWWUӡLFKҩWPjXQKҥ\TXDQJ
7rQ WLӃQJ $QK Synthesis of platinum/reduced graphene oxide composite materials by
ex situ method for fabrication of cathodes in dye-sensitiezed solar cells
,,1+,ӊ09Ө9¬1Ӝ,'81* 7әQJTXDQ
3LQ QăQJ OѭӧQJ PһW WUӡL SLQ PһW WUӡL FKҩW PjX QKҥ\ TXDQJ YұW OLӋX graphite, graphite R[LW JUDSKHQH R[LW JUDSKHQH JUDSKHQH R[LW GҥQJ NKӱ YұW OLӋX FRPSRVLWH SODWLQJUDSKHQe R[LWGҥQJNKӱ
7KӵFQJKLӋP
- Tәng hӧp vұt liӋu JUDSKHQH R[LW JUDSKHQH R[LW GҥQJ NKӱ các vұt liӋu composite
SODWLQJUDSKHQHR[LWGҥQJNKӱFiFKӋNHRSODWLQJUDSKHQHR[LW GҥQJNKӱYjNHRJUDSKHQHR[LWGҥQJNKӱ
- ChӃ tҥo ÿLӋn cӵc catot và NKҧRViWÿһFWtQKÿLӋQKyDFӫDÿLӋQFӵF - Ráp pin YjWKӱQJKLӋPKLӋXTXҧOjPYLӋFFӫDSLQ
- Khҧo sát hình thái ± cҩu trúc ± ÿһc tính cӫa vұt liӋu JUDSKHQHR[LWJUDSKHQHR[LWGҥQJ
+ӑWrQYjFKӳký)
75ѬӢ1*.+2$.Ӻ7+8Ұ7+Ï$+Ӑ&
+ӑWrQYjFKӳNê
Trang 4LӠI CҦ0Ѫ1
Ĉҫu tiên, tác giҧ xin gӱi lӡi cҧPѫQVkXVҳc nhҩWÿӃn Ba, Mҽ, bҥn bè, YjQJѭӡLWKkQÿmquan tâm, ÿӝng viên, YjJL~Sÿӥ mӑLÿLӅu kiӋn tӕt nhҩt cho tác giҧ trong suӕt thӡi gian hӑc tұp và thӵc hiӋn luұQYăQQj\
Tác giҧ xin bày tӓ lòng biӃW ѫQ FKkQ WKjQK ÿӃn Thҫy TS Phҥm Trӑng Liêm Châu, Thҫy PGS.TS NguyӉn Hӳu HiӃu, Thҫy PGS.TS NguyӉn Thái Hoàng, và Thҫy ThS NguyӉn Cҧnh Minh Thҳng, nhӳQJQJѭӡi Thҫ\ÿmWұQWkPKѭӟng dүQJL~Sÿӥ trong suӕt quá trình làm luұQYăQYjÿӏQKKѭӟng cho tác giҧ ÿӇ có kӃt quҧ tӕt nhҩt
Bên cҥQKÿy tác JLҧ[LQJӱL OӡLWULkQÿӃQTXê7Kҫ\&{TUѭӡQJĈҥL+ӑF Bách Khoa ± ĈҥL+ӑF 4XӕF*LDTP +ӗ&Kt0LQKÿһFELӋWOjTXê7Kҫ\&{KKRD.ӻTKXұW+yD+ӑF ÿmWұQWkPFKӍGҥ\YjWUX\ӅQÿҥWNLӃQNLӃQWKӭFWURQJVXӕWWKӡLJLDQKӑFWұSYӯDTXD7iFJLҧFKkQWKjQKFҧPѫQWұSWKӇQJKLrQFӭXYLrQFiFDQKFKӏKӑFYLrQFDRKӑF YjFiFEҥQsinh viên FӫD Phòng Thí NJKLӋP 7UӑQJ ĈLӇm ĈҥL +ӑF 4XӕF *LD TP +ӗ &Kt 0LQh ± Công NJKӋ +yD+ӑF Yj'ҫX.Kt (CEPP Lab), TrѭӡQJĈҥL+ӑF Bách Khoa ± ĈҥL+ӑF 4XӕF*LDTP +ӗ&Kt0LQK và Phòng 7Kt1JKLӋP 7UӑQJĈLӇP ĈҥL+ӑF 4XӕF*LDTP +ӗ&Kt0LQK± +yD/êӬQJ'өQJ (APC Lab), TUѭӡQJĈҥL+ӑF Khoa HӑFTӵNhiên ± ĈҥL+ӑF 4XӕF*LDTP +ӗ&Kt0LQKÿmWұQWuQKJL~SÿӥYjFKӍEҧRNLQKQJKLӋPWӕWQKҩWFKRWiFJLҧWKӵFKLӋQOXұQYăQQj\
TP Hӗ Chí Minh, tháng 8 QăP 2020 Tác giҧ
Trang 5TÓM TҲT LUҰ19Ă1
Trong luұQYăQQj\Yұt liӋu composite platin/graphene oxit dҥng khӱ (PtU*2 ÿѭӧc tәng hӧp tӯ bҵQJSKѭѫQJSKiSSKӕi trӝn huyӅn phù tӯ vұt liӋu graphene oxit dҥng khӱ (reduced graphene oxit ± rGO) và hҥt nano platin (Pt) 7URQJÿyU*2ÿѭӧc tәng hӧp tӯ tiӅn chҩt graphene oxit (graphene oxide ± GO) và nano Ptÿѭӧc tәng hӧp tӯ tiӅn chҩt axit chloroplatinic (H2PtCl6) vӟi các chҩt khӱ NKiFQKDXÿѭӧc khҧo sát: vitamin C, hydrazine hydrate, natri bohidrua, glucose, và natri citrate GO ÿѭӧc tәng hӧp tӯ graphite (Gi) bҵng SKѭѫQJSKiS+XPPHUVFҧi tiӃn YjU*2ÿѭӧc tәng hӧp tӯ GO bҵQJSKѭѫQJSKiSNKӱ hóa hӑc6DXÿy, hӛn huyӇn phù nano Pt ÿѭӧc phân tán cùng vӟi rGO vjÿѭӧc khӱ bҵng các chҩt khӱ vӟi các phҫQWUăPNKӕLOѭӧQJU*2ÿѭӧc khҧo sát: 20, 40, 60, 80, và 100 %
Các vұt liӋX3WU*2YjU*2ÿѭӧc sӱ dөQJÿӇ chӃ tҥRÿLӋn cӵc catot trong pin mһt trӡi chҩt màu nhҥy quang (dye-sensitized solar cell ± DSSC) bҵQJSKѭѫQJSKiSLQOөa Bên cҥQKÿyÿLӋn cӵFFDWRWÿӕi chӭQJÿѭӧc chӃ tҥo tӯ vұt liӋu nano Pt ĈLӋn cӵc catot sau khi chӃ tҥRÿѭӧc khҧRViW ÿһFWtQKÿLӋn hóa bҵQJSKѭѫQJSKiS ÿRTXpW WKӃ vòng tuҫn hoàn (cyclic voltammetry ± CV)
&iFÿLӋn cӵc FDWRWÿmFKӃ tҥRYjÿLӋn cӵc anot tӯ keo TiO2 WKѭѫQJPҥi ÿѭӧc sӱ dөng ÿӇ ráp pin DSSC HiӋu quҧ làm viӋc cӫa pin DSSC ÿѭӧc khҧo sát bҵQJSKѭѫQJSKiSÿRÿѭӡQJ ÿһF WUѭQJ PұW ÿӝ dòng ± thӃ (J-V) và phә tәng trӣ ÿLӋn hóa (electrochemical impedance spectroscopy ± EIS) ÿӇ chӑn vұt liӋu phù hӧp Vұt liӋu phù hӧSÿѭӧFGQJÿӇ chӃ tҥRÿLӋn cӵc catot vӟi sӕ lҫQTXpWÿLӋn cӵc khác nhau tӯ ÿӃn 10 lҫn ÿӇ kiӇPWUDÿLӅu kiӋn chӃ tҥRÿLӋn cӵc tӕt nhҩt trong pin DSSC
Ngoài ra, hình thái ± cҩu trúc ± ÿһc tính cӫa vұt liӋu Pt/rGO phù hӧp và các vұt liӋu tiӅn chҩW ÿѭӧc khҧo sát bҵng phә hӗng ngoҥi chuyӇn hóa Fourier (Fourier-transform infrared spectroscopy ± FTIR), phә Raman, giҧQ ÿӗ nhiӉu xҥ tia X (X-ray diffraction ± XRD), và kính hiӇQYLÿLӋn tӱ truyӅn qua (transmission electron microscopy ± TEM)
Trang 6ABSTRACT
In this thesis, platinum/graphene oxide composite (Pt/rGO) materials were synthesized from reduced graphene oxide (rGO) and Pt nanoparticles (Pt) by ex-situ method Accordingly, rGO was synthesized from graphene oxide (GO), which was synthesized from graphite (Gi) powder by improved Hummers method Pt nanoparticles were synthesized using the chemical reduction method with five reducing agent: vitamin C, hydrazine hydrate, sodium borohydride, glucose, and sodium citrate After that, Pt nanoparticles were dispersed in rGO suspension using the chemical reduction method with five different weight percents of rGO: 20, 40, 60, 80, and 100 wt%
Pt/rGO composite materials were used for fabrication of cathodes in dye-sensitized solar cells (DSSCs) using the screen-printing method For comparison, control cathode was fabricated from Pt nanoparticles The electrochemical properties of fabricated cathodes were investigated using the cyclic voltammetry (CV) measurement
Commercial TiO2 paste was used for fabrication of anodes The fabricated cathodes and anodes were used for DSSCs asembely The performances of fabricated DSSCs were investigated using, current density-voltage characteristic curves (J-V), and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) to select the appropriate composite material The appropriate composite material was used for investigation the optimized number of coating layers (from 1 to 10 layers) for fabrication of cathode in DSSCs
In addition, characterization of appropriate Pt/rGO and precursor materials were investigated by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), Raman spectroscopy, X-ray diffaction (XRD), and transmission electron microscopy (TEM)
Trang 7
LӠ,&$0Ĉ2$1
Tác giҧ [LQ FDP ÿRDQ OXұQ YăQ Qj\ Oj F{QJ WUuQK QJKLrQ Fӭu thӵc sӵ cӫa cá nhân tác giҧ Yjÿѭӧc thӵc hiӋQGѭӟi sӵ Kѭӟng dүn cӫa Thҫy TS Phҥm Trӑng Liêm Châu và Thҫy PGS.TS NguyӉn Hӳu HiӃu, và Phòng Thí NghiӋm TrӑQJ ĈLӇm Công nghӋ Hóa Hӑc và Dҫu Khí &(33 /DE 7UѭӡQJ Ĉҥi Hӑc Bách Khoa ± Ĉҥi Hӑc Quӕc Gia TP HCM, cùng vӟi sӵ hӛ trӧ cӫa Phòng Thí NghiӋm TrӑQJĈLӇm Hóa Lý Ӭng Dөng (APC Lab), 7Uѭӡng Ĉҥi Hӑc Khoa Hӑc Tӵ Nhiên ± Ĉҥi Hӑc Quӕc Gia TP Hӗ Chí Minh
Các sӕ liӋu, kӃt quҧ nghiên cӭu, và kӃt luұn trong luұQ YăQ Qj\ Oj KRjQ WRjQ trung thӵFFKѭDWӯQJÿѭӧc công bӕ trong bҩt cӭ mӝt công trình nào NKiFWUѭӟFÿk\
Tác giҧ xin chӏu trách nhiӋm vӅ nghiên cӭu cӫa mình
Tác giҧ
NguyӉQĈăQJ.KRD
Trang 91.8.2 Mͭc tiêu nghiên cͱu 20
1.8.3 N͡i dung nghiên cͱu 20
1.8.4 3K˱˯QJSKiSQJKLrQFͱu 21
1.8.4.1 3K˱˯QJSKiSW͝ng hͫp v̵t li͏u 21
1.8.4.2 3K˱˯QJSKiSFK͇ t̩RÿL͏n cc catot và pin DSSC 21
1.8.4.3 3K˱˯QJ pháp kh̫RViWÿ̿c tính cͯa catot 22
1.8.4.4 PK˱˯QJSKiSÿiQKJLiKL͏u qu̫ làm vi͏c cͯa pin DSSC 23
1.8.4.1 &iFSK˱˯QJSKiSNK̫o sát c̭u trúc ± hình thái ± ÿ̿c tính cͯa v̵t li͏u 27
2.2.1.4 T͝ng hͫp v̵t li͏u composite Pt/rGO 37
2.2.2 Ch͇ t̩o và kh̫o sát ho̩WWtQKÿL͏n cc catot 38
2.2.2.1 &K͇W̩RK͏NHRLQOͭD3WU*2 38
2.2.2.2 &K͇W̩RÿL͏QFFFDWRW 39
Trang 102.2.2.3 Kh̫o sát ho̩WWtQKÿL͏QKyDÿL͏n cc catot 40
2.2.2.4 &K͇W̩RÿL͏QFFDQRW 41
2.2.3 Ráp pin và th͵ nghi͏m hi͏u qu̫ làm vi͏c cͯa pin 42
2.2.3.1 Ráp pin 42
2.2.3.2 7K͵QJKL͏PKL͏XTX̫OjPYL͏FFͯDSLQ 43
2.2.4 Kh̫o sát hình thái ± ÿ̿c tính ± c̭u trúc v̵t li͏u 45
&+ѬѪ1* .ӂT QUҦ VÀ BÀN LUҰN 47
3.1 Vұt liӋu tәng hӧSYjÿһFWtQKÿLӋn cӵc catot 47
3.2 HiӋu quҧ làm viӋc cӫa pin 49
PHӨ LӨC
CÔNG TRÌNH CÔNG BӔ
Trang 11Hình 1.5: Cҩu tҥo cӫa pin DSSC 5
+uQK 6ѫÿӗ nguyên lí hoҥWÿӝng cӫa DSSC 6
Hình 1.18: GiҧQÿӗ ÿR&9FKHFKRKӃt chӳ trên hình 22
+uQK ĈѭӡQJÿһFWUѭQJGzQJ± thӃ cӫa pin DSSC 23
+uQK 3KpSÿRSKә tәng trӣ cӫDSLQ'66&YjVѫÿӗ mҥFKÿLӋQWѭѫQJӭng 24
Hình 1.21: Cҩu tҥo cӫa thiӃt bӏ chөp ҧnh SEM 26
Hình 1.22: Cҩu tҥo cӫa thiӃt bӏ quang phә FTIR 27
Hình 1.23: Các quá trình chuyӇn dӏFKÿLӋn tӱ OLrQTXDQÿӃn hiӋu ӭng Raman 29
Hình 1.24: HiӋQWѭӧng tia X nhiӉu xҥ trên các mһt tinh thӇ chҩt rҳn 30
Hình 1.26: Cҩu tҥo kính hiӇQYLÿLӋn tӱ truyӅn qua 31
Hình 2.1: Quy trình tәng hӧS*2WKHRSKѭѫQJSKiS+XPPHUVFҧi tiӃn 35
Hình 2.2: Quy trình tәng hӧp rGO 36
Hình 2.3: Quy trình tәng hӧp vұt liӋu nano Pt 37
Hình 2.4: Quy trình tәng hӧp Pt/rGO bҵQJSKѭѫQJSKiSSKӕi trӝn huyӅn phù 38
Hình 2.5: Quy trình chӃ tҥo hӋ keo in lөa Pt/rGO 39
Trang 12+uQK ĈѭӡQJÿһFWUѭQJ V cӫDFiFFiFSLQ'66&ÿmFKӃ tҥo 49
+uQK ĈѭӡQJÿһFWUѭQJ V cӫDFiFFiFSLQ'66&ÿmFKӃ tҥo 52
Hình 3.5: Ҧnh SEM chөp cҳt lӟp cӫa các ÿLӋn cӵc PG2 vӟi a) 1 lҫn quét, b) 2 lҫn quét, và c) 3 lҫn quét 53
Hình 3.4: BiӇu diӉn mҥFKWѭѫQJÿѭѫQJ>5S+(CCE/RCE)+G+(Cd/Rd)] 54
Hình 3.5: DSSC ÿmFKӃ tҥo ӣ hai ÿӝ phân giҧi khác nhau 54
Hình 3.6: Phә FT-IR cӫa Gi, GO, rGO, và PG2 57
Hình 3.7: Phә Raman cӫa Gi, GO, rGO và PG2 58
Hình 3.8: GiҧQÿӗ XRD cӫa Gi, GO, rGO và PG2 60
Hình 3.9: Ҧnh TEM cӫa vұt liӋu PG2 61
Trang 13DANH MӨC BҦNG
Bҧng 2.1: Các hóa chҩt sӱ dөQJWURQJÿӅ tài 32
Bҧng 2.2: Các thiӃt bӏ sӱ dөng trong luұQYăQ 33
Bҧng 2.3: TӍ lӋ khӕLOѭӧng các mүu vұt liӋu Pt/rGO 38
Bҧng 2.4: Khҧo sát sӕ lҫQTXpWÿLӋn cӵc 44
Bҧng 3.1: Các giá trӏ Ip và Ep cӫDFiFÿLӋn cӵc catot ÿmFKӃ tҥo 48
Bҧng 3.2: Các thông sӕ ÿһFWUѭQJFӫa FiFFiFSLQ'66&ÿmFKӃ tҥo 50
Bҧng 3.2: Các thông sӕ ÿһFWUѭQJFӫa các các pin DSSC PG2 vӟi sӕ lҫn quét khác nhau52 Bҧng 3.3: Các thông sӕ ÿLӋn trӣ cӫa các DSSC 56
Bҧng 3.4: Các tӍ lӋ ID/IG cӫa Gi, GO, rGO, và PG2 59
Trang 14DANH MӨC CÁC TӮ VIӂT TҲT
s-Si Single -crystalline silicon solar cell PLQPһWWUӡLVilic ÿѫQWLQKWKӇ p-Si Poly -crystalline silicon solar cell PLQPһWWUӡLsilic ÿD WLQKWKӇ a-Si Amorphous silicon solar cell PLQPһWWUӡLsilic vô ÿӏQKKuQK CdTe Cadmium Telluride Solar Cells Pin cadimi telluride
CIS Cooper-indium-selenide solar cell 3LQÿӗQJ-indium-selen CIGS Cooper-indium-gallium-diselenide
solar cell 3LQÿӗQJ-indium-gallium-diselenit CZTS Copper zinc tin sulfide solar cell PLQÿӗQJ± NӁP± WKLӃFVXOILGH
SQD Semiconductor quantum dots PLQEiQGүQFKҩPOѭӧQJWӱ
DSSC Dye-sensitized solar cell 3LQPһWWUӡLFKҩWPjXQKҥ\TXDQJ FTO Fluorine-doped tin oxide 7Kӫ\WLQh R[LWGүQÿLӋQÿӝQIOR
ITO Indium-doped tin oxide 7Kӫ\WLQKR[LWGүQÿLӋQLQGLXP TCO Transparent conducting oxide 7Kӫ\WLQKR[LWGүQÿLӋQ HOMO Highest occupied molecular orbital VkQÿҥRFKӭDÿLӋQWӱFDRQKҩW LUMO Lowest uoccupied molecular orbital VkQÿҥRWUӕQJ WKҩS QKҩW
CVD Chemical vapor deposition LҳQJÿӑQJKѫLKyDKӑF FTIR Fourier-transform infrared
rGO Reduced graphene oxide Graphene oxit GҥQJNKӱ HSE Hight Stability Electrolyte 'XQJGӏFKÿLӋQO\+6(
Trang 15LӠI MӢ ĈҪU
7URQJQKӳQJQăPJҫQÿk\QKXFҫXVӱGөQJQăQJOѭӧQJFӫDPӛLTXӕFJLDÿDQJWăQJFDR 1KӳQJQJXӗQQăQJOѭӧQJ KyD WKҥFK KLӋQQD\QKѭWKDQÿi GҫXPӓÿDQJJһS SKҧLQKӳQJYҩQÿӅNKyNKăQGRFҥQNLӋWQJXӗQWjLQJX\rQ và {QKLӉPP{LWUѭӡQJ Nhӳng vҩn ÿӅ cҩp thiӃt WUrQÿmWK~Fÿҭy các nhà khoa hӑc nghiên cӭu phát triӇn nhӳng công nghӋ NKDLWKiFQăQJOѭӧng không gây ô nhiӉm và có thӇ tái tҥRÿѭӧc tӯ các nguӗQQKѭPһt trӡLJLyÿӏa nhiӋt, thӫy triӅu, v.v Nhӳng nguӗQQăQJOѭӧng tái tҥo này FyѭXÿLӇm chung là sҥch, thân thiӋn vӟL P{LWUѭӡng và có trӳ Oѭӧng gҫQ QKѭY{Wұn Ĉӕi vӟLQăQJOѭӧng mһt trӡi, là nguӗQQăQJOѭӧQJÿmÿѭӧFFRQQJѭӡi khai thác tӯ thӡi cә ÿҥLÿӇ phөc vө các hoҥWÿӝng sinh hoҥt và sҧn xuҩt hҵQJQJj\QKѭVҩy nông sҧQSKѫLNK{ÿӗ dùng sinh hoҥt, v.v 1ăQJOѭӧng mһt trӡi luôn có sҹn, dӉ dàng khai thác, sӱ dөng và là nguӗQQăQJOѭӧng tái tҥRÿDQJÿѭӧc quan tâm nhiӅu nhҩt hiӋn nay ThiӃt bӏ ÿӇ chuyӇQKyDQăQJOѭӧng ánh sáng mһt trӡLWKjQKÿLӋQQăQJÿѭӧc gӑi là pin mһt trӡi Yêu cҫu cӫa nhӳng thiӃt bӏ này là hiӋu suҩt chuyӇQ ÿәL QăQJ Oѭӧng cao, hoҥt ÿӝng trong nhiӅX ÿLӅu kiӋn, dӉ lҳS ÿһt, sӱa chӳa và chi phí sҧn xuҩt thҩp Nhӳng yêu cҫXQj\FNJQJFKtQKOjQKӳng thách thӭFÿһt ra cho các nhà khoa hӑc trên thӃ giӟL 7URQJ KѫQ QăP TXD SLQ Pһt trӡi không ngӯng ÿѭӧc cҧi tiӃQYjÿDQJPDQJOҥi nhiӅu kӃt quҧ khҧ TXDQÿLӇQKuQKWURQJÿyOjSLQPһWWUӡLFKҩWPjXQKҥ\TXDQJ dye sensitized solar cell ± DSSC)+LӋQQD\SLQ'66&ÿDQJÿѭӧFQKLӅX TXӕF JLD WUrQ WKӃ JLӟL QJKLrQ FӭX SKiW WULӇQ Yu JLi WKjQK VҧQ [XҩW Uҿ FNJQJ QKѭQJX\rQYұWOLӋXVӱGөQJÿDGҥQJ
Ngày nay, cùng vӟi sӵ phát triӇn mҥnh cӫa vұt liӋXQDQRPjÿLӇn hình là các vұt liӋu cӫDFDFERQQKѭӕQJWKDQQDQRFDFERQYXOFDQKD\JUDSKHQHÿmPӣ ra nhӳQJKѭӟng phát triӇn mӟi cho pin '66&7URQJÿyEDRJӗm viӋc cҧi tiӃQÿLӋn cӵFFDWRWÿLӋn cӵc anot, và dung dӏFKÿLӋn ly trong DSSC là nhӳQJKѭӟng nghiên cӭu chính mà các nhà khoa hӑc quan tâm ngày nay nhҵm mөFÿtFKJLҧPJLiWKjQKFNJQJQKѭQkQJFDRKLӋu suҩt cho pin mһt trӡi chҩt màu nhҥy quang Vì vұ\ÿӅ WjLÿѭӧc chӑQÿӇ nghiên cӭu trong ÿӅ tài này là:
³Tәng hӧp vұt liӋu composite platin/graphene oxit dҥng khӱ bҵQJ SKѭѫQJ SKiSphӕi trӝn huyӅn phù ӭng dөng chӃ tҥRÿLӋn cӵc catot trong pin mһt trӡi chҩt màu nhҥy quang´
Trang 16&+ѬѪ1* TӘNG QUAN 1.1 Pin mһt trӡi
1.1.1 *LͣLWKL͏X
3LQPһWWUӡLKD\FzQJӑLOjSLQTXDQJÿLӋQOjWKLӃWEӏ VҧQ[XҩWÿLӋQQăQJWӯFiFFKҩWEiQGүQGѭӟLWiFÿӝQJFӫDiQKViQJPһWWUӡL1JX\rQOêKRҥWÿӝQJFӫDSLQPһWWUӡLOjGӵD YjR KLӋX ӭQJ TXDQJ ÿLӋQ +LӋX ӭQJ TXDQJ ÿLӋQ là quá trình các ÿLӋQ Wӱ KҩSthu QăQJOѭӧQJ WӯSKRWRQiQKViQJYjFKX\ӇQVDQJWUҥQJWKiLNtFKWKtFKWiFKUDNKӓLYұWFKҩWKD\QJX\rQWӱ, ÿѭӧFWUuQKEj\ӣKuQK1.1 [1]+LӋXӭQJTXDQJÿLӋQÿѭӧFSKiWKLӋQ OҫQ ÿҫX WLrQ YjR QăP EӣL QKj YұW Oê QJѭӡL 3KiS $OH[DQGUH-Edmond Becquerel ĈӃQQăP , 5XVVHO2KOÿmSKiWPLQKUDWӃEjRTXDQJÿLӋQ SKRWRYROWDLFcell) ÿҫX WLrQ OjP EҵQJ silicon (Si) 1ăP Charle Fritts FKӃ WҥR WKjQK F{QJ SLQPһWWUӡL VRODUFHOO ÿҫXWLrQYӟLKLӋXVXҩW1 % [2]
Hình 1.1: HiӋu ӭQJTXDQJÿLӋn [2]
<ӃXWӕTXDQWUӑQJÿӇÿiQKJLiPӝWWҩPSLQPһWWUӡLÿyOjKLӋXVXҩWFKX\ӇQhóa QăQJOѭӧQJ1JRjLUDQKӳQJ\ӃXWӕNKiFFҫQÿѭӧFTXDQWkPÿyOj NKҧQăQJOjPYLӋFWURQJQKӳQJP{LWUѭӡQJNKiFQKDXJLiWKjQKÿӝEӅQYұWOLӋXWKkQWKLӋQYӟLFRQQJѭӡLYjP{LWUѭӡQJ7URQJQKLӅu QăPTXDSLQPһt trӡLÿm trҧi qua nhiӅu JLDLÿRҥQ FҧL WLӃQYj ÿDQJQJjy cjng trӣ QrQWK{QJGөQJKѫQÿiSӭQJÿѭӧFQKXFҫXWURQJVҧQ[XҩWYjÿӡLVӕQJ3LQPһWWUӡLÿmWUҧLTXDEӕQWKӃKӋSLQ
Photon
WӵGR
Trang 171.1.2 &iFWK͇K͏SLQP̿WWUͥL
1.1.2.1 3LQP̿WWUͥi th͇ h͏ thͱ nh̭t
3LQPһWWUӡLWKӃKӋWKӭ QKҩW hay pin silic (Si) KLӋQOj SLQPһWWUӡLFyKLӋXVXҩW cao QKҩWYjFKLӃPNKRҧQJ WURQJVӕWҩWFҧFiF WҩPSLQPһW WUӡLÿѭӧFEiQWUrQWRjQWKӃJLӟLPLQPһWWUӡLSi ÿҫXWLrQÿѭӧFSKiWPuQKYjRQăP YӟLKLӋXVXҩW % &ҩXWҥRFKtQKFӫDSLQPһWWUӡLWKӃKӋWKӭQKҩWEDRJӗP KDLOӟS OӟSEiQGүQORҥLS SRVLWLYH) và ORҥLn (negative)%iQGүQORҥLS WKѭӡQJÿѭӧFWҥRUDEҵQJFiFKSKDWҥSSi YӟLERURQÿӇWҥRWKrPFiFOӛ WUӕQJ WUrQPҥQJSi %iQGүQORҥLQ WKѭӡQJÿѭӧFWҥRUDEҵQJFiFKpha WҥS Si YӟL SKӕW-SKRÿӇFyWKrPÿLӋQWӱ WӵGRtrong PҥQJ WLQKWKӇ6L[2] CҩXWҥR FӫDSLQWKӃKӋWKӭQKҩWÿѭӧFWKӇKLӋQӣ KuQK.KLOӟSbán GүQSi QKұQQăQJOѭӧQJWӯiQKViQJPһWWUӡLFiFÿLӋQWӱWӵGRӣOӟSEiQGүQQVӁGLFKX\ӇQVDQJÿӇOҩS ÿҫ\FiFOӛWUӕQJ ӣ OӟSEiQGүQS6DXÿyFiFÿLӋQWӱWӯOӟSEiQGүQ n và OӟSEiQGүQQ VӁFQJWҥRUDÿLӋQWUѭӡQJ, cho phép ÿLӋQ GLFKX\ӇQWӯÿLӋQFӵFp ÿӃQÿLӋQFӵFQWҥRWKjQKGzQJÿLӋQ [3]
Hình 1.2: Pin mһt trӡi thӃ hӋ thӭ nhҩt [3]
ѬXÿLӇPFӫDSLQWKӃKӋWKӭQKҩWOj WXәLWKӑFӫDSLQFyWKӇNpRGjLÿӃQQăPKLӋXVXҩWSLQcao KѫQ, GӉOҳSÿһWYұWOLӋXFKӃWҥRSKә ELӃQ 7X\QKLrQSLQFyQKѭӧFÿLӇPOjFKLSKtVҧQ[XҩWpin cao, KLӋXVXҩWFKX\ӇQKyD QăQJOѭӧQJ JLҧPNKLQKLӋWÿӝWăQJGӉYӥ [3]
Bán dүn loҥi n
Bán dүn loҥi p
Trang 181.1.2.2 3LQP̿WWUͥi th͇ h͏ thͱ hai
Pin PһWWUӡL WKӃKӋWKӭKDLWKѭӡQJÿѭӧFJӑLOjSLQ PһWWUӡLOӟSPӓQJ3LQPһWWUӡLtKӃKӋWKӭKDLFyÿӝGj\JLҧPÿLÿiQJNӇNKLVR YӟLWKӃKӋWKӭQKҩWQKӡ OӟSEiQGүQFyÿӝGj\Fӥ PLFURPpWQKѭWKӇKLӋQӣKuQK[2] Pin OӟSPӓQJ ÿѭӧFFҩXWҥRWӯFiFYұWOLӋX NKiF QKDX QKѭ 6L Y{ ÿӏQK KuQK FDGPLXP LQGLXP VHOHQLGH &,6 FDGPLXPtelluride (CdTe), v.v
Pin OӟSPӓQJ FyѭXÿLӇPOjJLҧPFKLSKtWURQJTXiWUuQKVҧQ[XҩWGRWLӃWNLӋPYұWOLӋXVҧQ [XҩW ӣQKLӋW ÿӝWKҩS Yj Fy NKҧ QăQJWӵÿӝQJ KyD [4] Pin OӟS PӓQJ FKLӃP 12 WәQJWKӏWUѭӡQJSLQPһWWUӡLYjRQăP Tuy nhiên, pin cyQKѭӧFÿLӇPOjKLӋXVXҩW WKҩS KѫQ pin WKӃ KӋ WKӭ QKҩW ± 15 Vӱ GөQJ QKLӅX FKҩW ÿӝF KҥL YӟL môi WUѭӡQJYjVӭFNKӓHFRQQJѭӡLQKѭ&G6H, v.v WKLӃXÿӝәQÿӏQK[4]
Hình 1.3: Pin mһt trӡi thӃ hӋ thӭ hai [4]
1.1.2.3 3LQP̿WWUͥi th͇ h͏ thͱ ba
ThӃ hӋ pin mһt trӡi thӭ ED ÿLӇn hunh lj pin mһt trӡi chҩt mju nhҥy quang sensitized solar cell ± '66& ÿѭӧF PRQJ ÿӧi cy thӇ khҳc phөF ÿѭӧc nhӳQJ QKѭӧc ÿLӇm cӫa hai thӃ hӋ WUѭӟF3LQPһWWUӡLWKӃKӋWKӭEDFyQKLӅXORҥL YӟL FҩXWҥRYjÿһFÿLӇPNKiFQKDX1Kӳng pin mһt trӡi thuӝc thӃ hӋ WKӭEDFy thӇ kӇ ÿӃn lj: pin tinh thӇ nano, pin mһt trӡLSRO\PHSLQSHURYVNLWHSLQPһWWUӡLFKҩPOѭӧQJWӱSLQ'66&YY3LQPһWWUӡLWKӃKӋWKӭEDFyFiFѭX và QKѭӧF ÿLӇPNKiFQKDXW\WKXӝFYjRWӯQJORҥLpin PLQPһWWUӡLWKӃKӋWKӭEDÿѭӧFWKӇKLӋQӣhình 1.4 [2]
Trang 19(dye-Hình 1.4: Pin mһt trӡi thӃ hӋ thӭ ba [2]
1.1.2.4 3LQP̿WWUͥi th͇ h͏ thͱ W˱
3LQPһWWUӡLWKӃKӋWKӭWѭOjWKӃKӋSLQFyFҩXWU~FNӃWKӧSJLӳDWtQKGҿRFӫDYұWOLӋXSRO\PHYjWtQKәQÿӏQKFӫDYұWOLӋXY{Fѫ3LQPһWWUӡLWKӃKӋWKӭWѭÿѭӧFNǤYӑQJFyWKӇQkQJFDRKLӋXVXҩWFKX\ӇQKyDYjNKҧQăQJKҩSWKXiQKViQJFӫDSLQ3LQPһWWUӡLWKӃKӋWKӭWѭKLӋQYүQÿDQJÿѭӧFQJKLrQFӭXWURQJFiFSKzQJWKtQJKLӋPYjFKѭDÿѭӧFÿѭDUDWKӏWUѭӡQJ[5]
7URQJFiFORҥLSLQPһWWUӡLÿDQJÿѭӧFSKiWWULӇQSLQWKӃKӋWKӭEDOjWKӃ KӋSLQFyWLӅPQăQJSKiWWULӇQKLӋQQD\Pin '66&OjPӝWWURQJVӕORҥLSLQWKӃKӋWKӭED ÿmQKұQÿѭӧFQKLӅXVӵTXDQWkPFӫDWKӃ JLӟL
1.2 Pin mһt trӡi chҩt màu nhҥy quang
1.2.1 *LͣLWKL͏X
KLӋX VXҩW FKX\ӇQ KyD QăQJ OѭӧQJ iQK ViQJ PһW WUӡL GѭӟL iQK ViQJ QKkQ WҥR WURQJSKzQJWKtQJKLӋPWѭѫQJÿѭѫQJYӟLKLӋXVXҩWFӫDSLQPһWWUӡi Si ÿDWLQKWKӇQKѭQJJLithànK Uҿ Yj FKӍ EҵQJ JLi WKjQK SLQ PһW WUӡi Si ÿD WLQK WKӇ ÿѭӧF QJKLrQ FӭX FQJWKӡLÿLӇP [6] 9ӟLQKӳQJNӃWTXҧÿѭӧFF{QJEӕJҫQÿk\ pin '66&PDQJQKӳQJѭXÿLӇPYѭӧWWUӝLQKѭ qX\WUuQKFKӃWҥRÿѫQJLҧQtWWӕQQăQJOѭӧQJ PӓQJGҿRYjQKҽ YұW OLӋX FKӃ WҥR SLQ SKә ELӃQ Pin DSSC íW QKҥ\ YӟL QKLӋW ÿӝ QrQ Fy NKҧ QăQJ KRҥWÿӝQJәQÿӏQKNKLQKLӋWÿӝP{LWUѭӡQJWKD\ÿәLFyWKӇKRҥWÿӝQJWURQJP{LWUѭӡQJiQKViQJ\ӃX3LQ'66&FyNKҧQăQJFKX\ӇQKyDánh sáng trong vùng EѭӟFVyQJWUҧLGjLWӯYQJiQKVáQJNKҧNLӃQÿӃQYQJFұQ KӗQJQJRҥL Ngoài ra, pin DSSC kK{QJÿӝF
KҥLYjWKkQWKLӋQYӟLP{LWUѭӡQJ [2]
Trang 20%rQFҥQK QKӳQJѭXÿLӇPWUrQSLQ'66&YүQFyQKӳQJQKѭӧFÿLӇPQKѭ KLӋXVXҩWFKX\ӇQKyDFKѭDFDRVRYӟLSLQWKӃKӋWKӭQKҩWYjWKӃKӋWKӭKDLSLQKRҥWÿӝQJNK{QJ
әQÿӏQKGRFKҩWÿLӋQO\GӉEӏUzUӍKRһFED\KѫL [2]
1.2.2 &̭XW̩R
&ҩXWҥRFѫEҧQFӫDPӝWpin '66&ÿѭӧFWKӇKLӋQ ӣhình 1.5, JӗPEӕQ WKjQKSKҫQFKtQK ÿLӋQ FӵF kP DQRW ÿLӋQ FӵF GѭѫQJ FDWRW FKҩW ÿLӋQ O\, và FKҩW màu QKҥ\quang (dye)
Hình 1.5: Cҩu tҥo cӫa pin DSSC [7]
ĈL͏n cc anot: KD\FzQJӑLOjÿLӋQFӵFTXDQJÿyQJYDL WUzOjFKҩWKӛWUӧFKRFKҩW
PjX QKҥ\ TXDQJ Yj QKұQ ÿLӋQ Wӱ ÿѭӧF NtFK WKtFK WURQJ FKҩW PjX QKҥ\ TXDQJ ÿӇFKX\ӇQUDPҥFKQJRjL9ұWOLӋXÿӇFKӃWҥRDQRWFҫQSKҧLFyNKҧQăQJ[~FWiFTXDQJÿӝWUX\ӅQTXDWӕWYjFyGLӋQWtFKEӅPһWULrQJOӟQÿӇKҩSSKөFKҩWPjXQKҥ\TXDQJ$QRWWKѭӡQJÿѭӧFFKӃWҥREҵQJYұWOLӋX=Q2KRһF7L22 phӫ lên mӝt tҩm FTO Nhӳng KҥW nano =Q2KRһF7L22 ÿѭӧc phӫ lên FTO cy ktFKWKѭӟc khoҧng 20 nm vj bӅ dj\ÿѭӧc phӫ khoҧng 10 ȝm Các oxit cӫa QKӳQJ NLPORҥLQKѭZr, Al, Ti, Rh vj Nb, v.v FNJQJÿѭӧFQJKLrQFӭXcNJng cho WKҩ\ khҧ QăQJGӏFKFKX\ӇQÿLӋn ttch vj ljPWăQJKLӋu suҩt cӫa pin [7]
ĈL͏n cc catot: hD\FzQJӑLOjÿLӋQFӵFÿӕL, ÿҧPQKLӋPKDLFKӭFQăQJFKtQK trong
pin DSSC WKXQKұQÿLӋQWӱYj[~FWiFFKRSKҧQӭQJNKӱFKҩWWUXQJJLDQ,3- thành I- ÿӇSKөFKӗLWUҥQJWKiLFKRFKҩWPjXQKҥ\TXDQJWLӃSWөFÿҧPQKLӋPFKӭFQăQJWKXQKұQánh sáng [8] 9ұWOLӋXÿӇ FKӃWҥR FDWRWFҫQSKҧLFyNKҧQăQJ[~FWiFFKRFiFTXiWUuQK
Pt ChҩWÿLӋn
ly
Chҩt màu nhҥy quang Thӫy tinh
Thӫy tinh Thӫy tinh
dүn TiO2
Trang 21WUDR ÿәL LRQ ÿӝ GүQ ÿLӋQ FDR Yj EӅQ WURQJ FiF P{L WUѭӡQJ GXQJ GӏFK ÿLӋQ O\ &DWRWthѭӡQJÿѭӧFFKӃWҥREҵQJYұWOLӋXplatin (Pt) phӫ lên mӝWWҩPNtQKGүQÿLӋQ fluorine doped tin oxide ± FTO) MӝWVӕYұt liӋu khic cy thӇ ÿѭӧFVӱGөQJÿLӋn cӵc catot trong SLQ'66&QKѭ cacbon vulcan hoһc coban sulfide [9].
Ch̭W ÿL͏n ly (electrolytes): FKҩW ÿLӋQ O\ Vӱ GөQJ WURQJ pin DSSC có vai trò làm
WUXQJJLDQYұQ FKX\ӇQ ÿLӋQWӱ JLӳD FKҩW PjXQKҥ\TXDQJ và catot &yED GҥQJ FKҩWÿLӋQO\ÿDQJÿѭӧFVӱGөQJFKRSLQ'66&OjGXQJGӏFKÿLӋQO\FKҩWÿLӋQO\UҳQYjFKҩWÿLӋQ O\ JLҧ UҳQ HiӋu suҩt FӫD SLQ FNJQJ phө thuӝc vjR ORҥL FKҩt ÿLӋn ly sӱ dөng vj WURQJÿy cһp (I-/I3-