Tổng hợp và nghiên cứu các tính chất quang của nano bán dẫn CdS nhằm thay thế chất mầu nhạy quang của Pin mặt trời nhạy quang DSC

CBHD: TS. Lâm Quang Vinh CBPB: TS. Vũ Thị Hạnh Thu SVTH: Nguyễn Đằng Trai ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÝ – VẬT LÝ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH VẬT LÝ ỨNG DỤNG TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA NANO BÁN DẪN CdS NHẰM THAY THẾ CHẤT MẦU NHẠY QUANG TRONG PIN MẶT TRỜI NHẠY QUANG (DSC). GIỚI THIỆU LÝ THUYẾT KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 1 Dye A N O D E TiO 2 D/D + D* C A T H O D E I 3 - 3I - Hạn chế: ― Hiệu suất chưa cao (6-7%). ― Độ bền kém. GIỚI THIỆU I 3 - + 2e - → 3I - D + hυ → D* D* → D + + e 3I - → I - 3 + 2e D + + e → D e (WE) → e (CE) + dòng điện 2 Pin mặt trời chất mầu nhạy quang, Michael Grätzel. (thế hệ Pin mặt trời thứ 3)  Thay thế chất mầu nhạy quang bằng chấm lượng tử nhạy quang (nano bán dẫn) Chọn chấm lượng tử CdS vì: Dễ tổng hợp và điều khiển kích thước. Có hiệu ứng giam giữ lượng tử mạnh . Dễ dàng khảo sát tính chất quang. 3 Mục Tiêu Đề Tài Tổng hợp nano bán dẫn CdS, điều khiển kích thước hạt theo các thông số. Phân tích các tính chất quang của hạt nano bán dẫn CdS. Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang của màng TiO 2 -CdS. 4 Bán dẫn khối 1 Atom Chấm lượng tử (nano bán dẫn) 10 2 Atoms 10 4 Atoms > 10 6 Atoms Quỹ đạo điện tử 1 nm - 100 nm Energy Conduc -tion Band gap Valenc e  Có kích thước nanomet. 5 Vật liệu E g (eV) λ(nm) a B (nm) CdS 2.42 512 3 CdSe 1.74 712 5.4 GaN 3.42 360 2.8 GaP 2.26 550 10-6.5 PbS 0.4 3100 18 R e h m e m R h bulk g ER g E 0 2 2 8.1 ] 11 [ 2 8 2 )()( πεε −++=  Hiệu ứng giam giữ lượng tử.  Chất bán dẫn. Bán kính Bohr của một số chất bán dẫn. Công thức kayanuma: Quy trình tổng hợp chấm lượng tử CdS Cd(CH 3 COO) 2 .2H 2 O (Cadmium acetate) CH 3 OH Dung dịch không màu Dung dịch nano CdS 60 0 C HS(CH 2 ) 3 Si(OCH 3 ) 3 (MPTMS) CH 3 CSNH 2 (Thioacetamide) CH 3 OH 15’ 15’ 15’ 10’ CH 3 CSNH 2 + CH 3 OH → CH 3 COCH + NH 3 + H 2 S Cd 2+ + H 2 S → CdS + 2H + 6 M = MPTMS / Cadmium acetate Kết quả và thảo luận về chấm lượng tử CdS Tỉ lệ M M=0,15 M=0,2 M=0,4 M=0,8 λ (nm) 386 373 367 358 E g (R) (eV) 3,21 3,32 3,37 3,46 R (nm) 1,41 1,34 1,31 1,26 Phổ hấp thụ UV-Vis của dung dịch nano CdS. M=0,2 M=1,4 M=0,15 Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ chất liên kết M = MPTMS / Cadmium acetate  Có thể hình thành hạt nano CdS.  M khác nhau, R khác nhau.  M quá lớn thì không hình thành hạt nano CdS. 7 Kết quả và thảo luận về chấm lượng tử CdS Phổ X-Ray của bột CdS nung trong không khí.  Nhiệt độ tăng, độ tinh thể hóa tăng. 8  Đã tổng hợp được nano CdS. Kết quả và thảo luận về chấm lượng tử CdS  Dạng sợi.  Đồng đều (8- 12 nm).  Phù hợp với kết quả nhiễu xạ tia X, có sự xuất hiện mặt mạng (002). 9 Kết quả ảnh TEM của mẫu bột nano CdS nung 200 0 C.  kích thước hạt CdS trong các mẫu chế tạo là nhỏ. [...]... hơn bán kính Bohr và có pha tinh thể ở dạng lục giác Có sự hấp thụ của CdS lên TiO2 và sự dịch chuyển của các hạt tải điện từ vùng dẫn CdS sang vùng dẫn của TiO2, đây là tính chất quan trọng trong việc ứng dụng tạo Pin mặt trời Tăng tính ổn định của dung dịch CdS và khả năng hấp thụ của CdS lên màng TiO2 Khảo sát ảnh hưởng của kích thước, nhiệt độ xử lý của nano bán dẫn CdS lên hiệu suất chuyển đổi của. .. TiO2 -CdS Fast Slow e e h TiO2 CdS Khi không có mặt TiO2: CdS + hυ → CdS( h+ + e-) CdS( h+ + e-) → CdS + hυ’ Có mặt TiO2 cường độ phát quang giảm mạnh do: CdS (h+ + e-) + TiO2 → CdS( h+) + TiO2(e-) h CdS Prashant V Kamat Điện tử dịch chuyển thành công từ CdS sang TiO2 12 Chế tạo thành công chấm lượng tử CdS và điều khiển kích thước hạt theo nồng độ chất liên kết (M) Kích thước trung bình của hạt nano CdS. .. quả và thảo luận về màng TiO2 -CdS Quy trình chế tạo màng TiO2 -CdS Xử lý sạch Xử lý nhiệt in lụa keo TiO2 (a) màng TiO2 Phổ UV-Vis của màng TiO2 -CdS sấy ở 200oC Xử lý nhiệt Ngâm trong dd nano CdS (c) sấy ở 200oC (b) không xử lý nhiệt (d) sấy ở 300oC Màu sắc của màng TiO2 -CdS theo nhiệt độ nung 10 Kết quả và thảo luận về màng TiO2 -CdS Phổ hấp thu của màng TiO2 -CdS theo thời gian ngâm 11 Kết quả và thảo... năng hấp thụ của CdS lên màng TiO2 Khảo sát ảnh hưởng của kích thước, nhiệt độ xử lý của nano bán dẫn CdS lên hiệu suất chuyển đổi của Pin Kết hợp nhiều lớp chấm lượng tử (CdS, CdSe, ZnS) hoặc chất mầu để cải thiện hiệu suất chuyển đổi của Pin mặt trời 13 Cảm Ơn Thầy Cô và Các Bạn Đã Lắng Nghe 16  . DỤNG TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA NANO BÁN DẪN CdS NHẰM THAY THẾ CHẤT MẦU NHẠY QUANG TRONG PIN MẶT TRỜI NHẠY QUANG (DSC) . GIỚI THIỆU LÝ THUYẾT KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN KẾT LUẬN VÀ. 2 Pin mặt trời chất mầu nhạy quang, Michael Grätzel. (thế hệ Pin mặt trời thứ 3)  Thay thế chất mầu nhạy quang bằng chấm lượng tử nhạy quang (nano bán dẫn) Chọn chấm lượng tử CdS vì: Dễ tổng. thông số. Phân tích các tính chất quang của hạt nano bán dẫn CdS. Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang của màng TiO 2 -CdS. 4 Bán dẫn khối 1 Atom Chấm lượng tử (nano bán dẫn) 10 2 Atoms 10 4