Khảo sát quy trình chế tạo và ứng dụng chấm lượng tử sdse trong pin mặt trời thế hệ mới luận văn thạc sỹ vật lý

B GIO DC VA AO TO TRNG I HC VINH TH LAN HNG Khảo sát quy trình chế tạo ứng dụng chấm lợng tử CdSe pin mặt trời hệ CHUYấN NGANH: QUANG HC MA Sễ: 60.44.11 LUN VN THC SI VT LI Ngi hng dõn khoa hoc: PGS TS NGUYN HNG QUNG VINH - 2011 LI CM N Lun c hon thnh di s hng dn ca thy giỏo- PGS.TS Nguyn Hng Qung Tỏc gi xin by t lũng bit n sõu sc v kớnh trng n Thy hng dn ca mỡnh ngi ó t , hng dn v tn tỡnh giỳp tỏc gi sut quỏ trỡnh thc hiờn lun Tỏc gi xin by t lũng bit n ti cỏc thy cụ giỏo khoa Vt lý ó truyn th cho tỏc gi nhng kin thc b ớch quỏ trỡnh hc tp, dn dt tỏc gi bc u nghiờn cu khoa hc cng nh sut quỏ trỡnh thc hiờn lun Xin cm n khoa o tao Sau hc trng hc Vinh ó tao iu kiờn giỳp tỏc gi sut thi gian hc tai trng Cui cựng tỏc gi xin by t lũng bit n ti gia ỡnh, ban bố v ng nghiờp ó luụn c v, ng viờn, giỳp v tao mi iu kiờn thun li cho tỏc gi sut khúa hc Xin chõn thnh cm n tt c! Vinh, thỏng 12 nm 2011 Tỏc gi MC LC Trang M U CHNG I KHO ST QUY TRèNH CH TO CHM LNG T CdSe 1.1 Gii thiờu v vt liờu nanụ 1.1.1 Khỏi niờm nanụ v cụng nghờ nanụ 1.1.2 Vt liờu nanụ v cỏc tớnh cht 1.1.3 Kh nng ng dng ca vt liờu nanụ 1.2 Chm lng t CdSe 1.2.1 Gii thiờu v cht bỏn dn CdSe 1.2.2 Chm lng t CdSe v tớnh cht 1.2.3 ng dng ca chm lng t CdSe 1.3 Kho sỏt quy trỡnh ch tao chm lng t CdSe 1.3.1 Cỏc phng phỏp ch tao vt liờu nanụ 1.3.2 Kho sỏt quy trỡnh ch tao chm lng t CdSe t CdO 1.3.2.1 Húa cht v dng c 1.3.2.2 Cỏc bc tin hnh ch tao chm lng t CdSe 1.3.2.3 Kt qu thớ nghiờm CHNG II NG DNG CHM LNG T CdSe TRONG CH TO PIN MT TRI TH H MI 2.1 Pin mt tri trờn c s tinh th Si (pin mt tri truyn thng) 2.1.1 Gii thiờu v pin mt tri 2.1.2 Cu tao ca pin mt tri 2.1.3 Nguyờn tc hoat ng ca pin mt tri 2.1.3.1 Chuyn tip p-n 2.1.3.2 S tao thnh dũng iờn pin mt tri 2.1.3.3 S tng ng ca pin mt tri 2.1.3.4 Cỏc tham s c trng ca pin mt tri 2.1.3.5 Hiờu sut bin i quang - iờn ca pin mt tri 2.1.4 Quy trỡnh ch tao pin mt tri truyn thng 2.2 Pin mt tri th hờ mi 2.2.1 Nhng han ch ca pin mt tri truyn thng 2.2.2 Pin mt tri th hờ mi 2.2.3 Mt s vt liờu thng dựng ch tao pin mt tri th hờ mi 2.3.1 S tao thnh a hat ti t s hp th mt photon 2.3.2 S dng cu trỳc a lp, a chuyn tip 2.3.3 S dng cu trỳc by hat ti t cỏc vt liờu lai CdSe vi cht hu c 2.4 Mt s thỏch thc viờc hiờn thc húa nhng kh nng ng dng chm lng t CdSe ch tao pin mt tri th hờ mi KT LUN TAI LIU THAM KHO DANH MC BNG BIU Hỡnh 1.1 Hỡnh nh phỏt quang ca cỏc QD-LED [19] Bng 1.1 Mt s tớnh cht ca Cadmium Selenide (CdSe) [20].] Hỡnh 1.2 B rng vựng cm ca mt s hp cht bỏn dn v kh nng ng dng ca chỳng [12] Hỡnh 1.3 Khe di nng lng ca CdSe (a) trang thỏi v (b) hat nano, ú (1) l ; (2) l v (3) l [4] Hỡnh 1.4 S ph thuc ca mu phỏt xa ca hat CdSe vo kớch thc ca nú [4] Hỡnh 1.5 S ch tao chm lng t CdSe t CdO - [1] Hỡnh 1.6 Ho tan CdO hn hp TOPO + HDA + DDPA [24] 23 Hỡnh 1.7 S thay i mu sc ca dung dch CdSe theo thi gian phn ng[24] Bng 1.2 Kớch thc ca cỏc chm lng t CdSe suy t v trớ inh ph hp th c lng theo cụng thc [1] Hỡnh 1.8 Ph hp th ca chm lng t CdSe theo cỏc thi gian phn ng[3] Hỡnh 1.9 Ph phỏt xa hunh quang ca chm lng t CdSe theo cỏc thi gian phn ng[3] Hỡnh 1.10 Ph hp th ca CdSe ng vi cỏc nhiờt t trỏi sang phi l 220oC, 230oC, 250oC, 280oC, 300oC [1] Hỡnh 1.11 Ph phỏt xa ca CdSe theo th t t trỏi sang phi ng vi nhiờt l 220oC, 230oC, 250oC, 280oC , 300oC [1] Hỡnh 2.1 S tin trin cụng nghờ ch tao pin mt tri (1975-2011) [17] Hỡnh 2.2 Cu tao ca mt t bo pin mt tri in hỡnh [18] Hỡnh 2.3 Cỏc t bo pin mt tri c kt ni thnh panel [22] Hỡnh 2.4 S tao thnh lp chuyn tip p-n v gin nng lng chuyn tip [5] Hỡnh 2.5 S nguyờn tc hoat ng ca pin mt tri [23] Hỡnh 2.6 S mach iờn tng ng ca pin mt tri Hỡnh 2.7 ng c trng Vụn-Ampe ca pin mt tri[23] Hỡnh 2.8 S quy trỡnh cụng nghờ ch tao pin mt tri trờn nn Si [2] Hỡnh 2.10 Cu trỳc mt pin mt tri tinh th Si ó hon thiờn [2] Bng 2.1 Hiờu sut lý thuyt ca mt s vt liờu pin mt tri [5] Bng 2.2 Cỏc vt liờu i vi pin mt tri mng mng [5] Hỡnh 2.11 Hiờu ng tao cp exciton t viờc hp th photon [21] Hỡnh 2.12 Mt mụ hỡnh pin mt tri cú cu trỳc a lp [8] Hỡnh 2.13 S vựng cm thng vựng cm xiờn ca bỏn dn Hỡnh 2.14 S mụ t quỏ trỡnh by iờn t pin mt tri s dng cht nhay mu TiO2 Hỡnh 2.15 Tỏc dng ca lp TiO nh cht by iờn t pin mt tri trờn nn CdSe: Lp TiOcng dy s ngn cỏc gia iờn t v l trng cng ln (hỡnh a) v hiờu iờn th quang iờn at c cng cao (hỡnh b) [11] Hỡnh 2.16 Mụ t mt cu trỳc pin mt tri ch tao t vt liờu lai gia CdSe vi polymer Error: Reference source not found M U Trong thi khoa hc k thut phỏt trin, nhu cu v nng lng ngy cng tng, ú cỏc ngun nhiờn liờu d tr nh than ỏ, du m, khớ thiờn nhiờn v c thu iờn thỡ cú han khin cho nhõn loai ng trc nguy c thiu ht nng lng Do ú cn thit phi cú ngun nng lng b sung, thay th nh nng lng giú, a nhiờt, nng lng hat nhõn, nng lng mt tri cú th cung cp iờn cho nhng vựng ho lỏnh, cho hoat ng ca cỏc vờ tinh v nhng vựng m mang li iờn quc gia cha ti c Nng lng mt tri l mt cỏc ngun nng lng tỏi tao quan trng nht m thiờn nhiờn ban tng cho hnh tinh ca chỳng ta Nng lng mt tri cú th núi l vụ tn Nú l ngun nng lng sach v tim nng thc s ang c loi ngi quan tõm khai thỏc Viờt Nam l nc cú tim nng nng lng mt tri, vi v trớ nm khu vc cú cng bc xa mt tri cao, ú viờc s dng nng lng mt tri nc ta s em lai hiờu qu kinh t cao T ú cú th thy viờc nghiờn cu nõng cao hiờu qu khai thỏc ngun nng lng mt tri l ht sc cn thit Mt nhng hng khai thỏc ngun nng lng mt tri ang c cỏc nc trờn th gii quan tõm hiờn l pin mt tri hay pin quang iờn Tuy nhiờn hiờn pin mt tri cha c s dng ph bin Mt nhng lý ca thc t ny l giỏ thnh lp t pin mt tri cũn quỏ cao Viờt Nam, nhng vựng xa xụi ho lỏnh, ni iờn li quc gia khú tip cn chớnh l ni cn iờn t pin mt tri Tuy nhiờn thc t õy lai l nhng vựng m i sng ngi dõn cũn nghốo nht Do ú, viờc trin khai ng dng pin mt tri thc t cũn nhiu han ch, khú ỏp dng ph bin cho ng bo vựng sõu, vựng xa v dõn nghốo Viờc giỏ thnh sn xut iờn t pin mt tri l mt viờc ht sc cn thit nhm hiờn thc húa c m cú iờn ca ngi dõn nhng vựng xa xụi, ho lỏnh, ni biờn cng, hi o Mt nhng thnh tu khoa hc vt liờu nhng nm gn õy l s phỏt hiờn v ch tao vt liờu nano Cỏc kt qu nghiờn cu ca cỏc nh khoa hc trờn th gii cho thy cỏc vt liờu nano cú nhiu tớnh cht mi la, hp dn v tim nng ng dng rt to ln cỏc lnh vc nh x lý ụ nhim mụi trng, k thut truyn dn thụng tin quang, ch tao linh kiờn quang iờn t, hay pin quang iờn cú hiờu sut cao Trong s cỏc vt liờu nano c quan tõm nghiờn cu hiờn nay, cỏc tinh th bỏn dn kớch thc nano (gi l cỏc chm lng t) l i tng thu hỳt nhiu nht, c biờt l CdSe Cỏc nghiờn cu gn õy cho thy cỏc chm lng t CdSe cú tớnh cht quang rt c biờt: chỳng khụng chi ph thuc vo thnh phn ca vt liờu m cũn ph thuc vo kớch thc ca tinh th Bng cỏch iu khin kớch thc ca tinh th, ngi ta cú th iu khin c tớnh cht hp th v phỏt xa quang ca chỳng Do cú nhng tớnh cht c biờt, tim nng ng dng ca chm lng t CdSe cng rt ln Tuy nhiờn, thỏch thc ln nht i vi cỏc nh khoa hc viờc hiờn thc húa nhng tim nng ca chm lng t CdSe hiờn l lm th no ch tao c cỏc chm lng t cú thnh phn, cu trỳc v kớch thc mong mun Mt iu khin c quy trỡnh ch tao chm lng t CdSe, ngi ta cú th s dng chỳng nhiu ng dng khỏc nhau, tựy theo nhng tớnh cht m chỳng s hu Vi mong mun c bit thờm nhng iu mi la v Quang hc quang ph v v vt liờu, cng nh bit thờm v cỏc tớnh cht thỳ v v tim nng ng dng to ln ca vt liờu bỏn dn kớch thc nanomet, tụi chn ti Kho sỏt quy trỡnh ch to v ng dng chm lng t CdSe pin mt tri th h mi cho lun thac s Quang hc ca mỡnh Mc ớch ca ti l kho sỏt quy trỡnh ch tao v kh nng ng dng chm lng t CdSe ch tao pin mt tri th hờ mi i tng nghiờn cu l vt liờu bỏn dn nhúm IIVI m in hỡnh l chm lng t CdSe, ch tao bng phng phỏp nhiờt phõn s dng CdO Nhiờm v chớnh ca lun l tỡm hiu cỏc phng phỏp v quy trỡnh ch tao chm lng t CdSe, tỡm hiu mi quan hờ gia tớnh cht vi cỏc tham s ch tao Lun cng t nhiờm v tỡm hiu v pin mt tri th hờ mi (cụng nghờ mng mng) trờn c s chm lng t CdSe Cỏc tiờu t i vi vt liờu ch tao pin mt tri cng nh quy trỡnh ch tao chm lng t tha cỏc tiờu ú cng s c quan tõm kho sỏt ti c nghiờn cu vi s kt hp phng phỏp lý thuyt vi phng phỏp thc nghiờm T cỏc ti liờu chuyờn ngnh (bi bỏo khoa hc, sỏch chuyờn kho) chỳng tụi tin hnh phõn tớch, so sỏnh tỡm quy trỡnh ch tao CdSe phự hp theo hng thõn thiờn vi mụi trng; Quy trỡnh ch tao CdSe bng phng phỏp nhiờt phõn s dng CdO bng cỏc dung mụi khụng kt hp c kho sỏt chi tit Ni dung ca lun vn, ngoi phn m u v phn kt lun c trỡnh by hai chng chớnh: Chng 1: Kho sỏt quy trỡnh ch to chm lng t CdSe Chng ny trỡnh by v nhng ng dng ca vt liờu nanụ v nghiờn cu ch tao chm lng t CdSe theo hng thõn thiờn vi mụi trng; Chng 2: ng dng chm lng t CdSe pin mt tri th h mi Cỏc ng dng ca chm lng t CdSe thc t, c biờt pin mt tri th hờ mi c mụ t chng ny ng thi, nhng thỏch thc cn vt qua nhm hiờn thc húa nhng kh nng ca viờc ch tao pin mt tri trờn c s chm lng t CdSe cng c tho lun 10 Phn kt lun nờu lờn nhng kt qu ó at c ca ti Lun c kt thỳc vi phn Danh mc cỏc ti liờu tham kho Mc dự ó rt c gng viờc hon thnh lun vn, tỏc gi bit rng khụng th no trỏnh c nhng sai sút Tỏc gi mong nhn c cỏc ý kin úng gúp ca cỏc thy giỏo, cụ giỏo, cỏc ban ng nghiờp v hỡnh thc cng nh ni dung trỡnh by lun Tỏc gi xin chõn thnh cm n ! 45 Gali arsenid (GaAs) 1,4 27 Nhụm antimonid (AlSb) 1,6 27 Bng 2.2 cho mt s vt liờu pin mt tri mng vụ nh hỡnh ó c nghiờn cu phỏt trin T bng ny ta thy mt s vt liờu khụng cú tớnh dn iờn lng tớnh (p v n) Vỡ vy i vi cỏc vt liờu ny ngi ta thng dựng cỏc cu trỳc nh pin mt tri bt ng cht, hng ro Schottky hoc cu trỳc MIS (kim loai- cỏch iờn- bỏn dn) Hỡnh 2.9 Tm pin mt tri t Si vụ nh hỡnh [17] Di õy trỡnh by nhng cụng nghờ thụng dng nht ch tao pin mt tri mng mng ang c nghiờn cu ng dng hiờn Mt s vt liờu bng cú th trc tip ch tao c cỏc pin mt tri cú cht lng cao, nhng mt s phng phỏp khỏc ũi hi cỏc x lý ph kốm theo nh nhiờt cao, mụi trng khớ c biờt Bng 2.2 Cỏc vt liu ụi vi pin mt tri mng mng [5] Vựng cm Loi Eg (eV) dn 1,7 p-i-n Cd(Se,Te 1,5 ữ 1,7 a- (Si,Ge) 1,3 ữ 1,7 p-i-n ZnTe 2,26 p a- (Si,C) 1,7 ữ 2,2 p-i-n ZnSe 2,4 n culnSe2 1,04 p/n Zn(Te,Se) 2,2 ữ 2,4 p/n Vt liu a- Si Vt liu Vựng cm Loi Eg(eV) dn p/n 46 CuGaSe2 1,68 p WSe2 1,3 p/n Cu(ln,Ga)Se2 1,04 ữ 1,68 p/n FeS2 0,8 p/n CulnS2 1,5 p/n FeSi2 0,9 p CdSe 1,7 n GaAs 1,4 p/n CdTe 1,5 p/n Hiờn hiờu sut ca cỏc pin mt tri vụ nh hỡnh ó at c khỏ cao, khong n 15% Tuy nhiờn mt khú khn khỏc ang c quan tõm nghiờn cu gii quyt l n nh theo thi gian ca hiờu sut bin i quang iờn ca pin lm viờc ngoi tri di ngy 2.3 ng dng chm lng t CdSe pin mt tri th h mi tip tc nõng cao hiờu sut bin i quang- iờn ca pin mt tri th hờ mi, cỏc nh khoa hc ó nghiờn cu v da vo c tớnh sau: S tao nhiu cp iờn t - l trng (exciton) t s hp th photon; Cu trỳc a lp (a chuyn tip) nhm tao cỏc cp exciton hp th cỏc photon cú nng lng khỏc chựm sỏng mt tri Cu trỳc by iờn t (hoc l trng, hoc c hai) nhm han ch s tỏi hp iờn t-l trng, nh ú tng hiờu sut ca pin mt tri Chm lng t CdSe, vi c tớnh nh ó phõn tớch trờn th hiờn c li th c ba ng dng núi trờn Sau õy chỳng ta s xem xet chi tit tng c tớnh ú 2.3.1 S to thnh a ht tai t s hp th mt photon Mt nhng yu t nh hng n giỏ thnh sn xut pin mt tri l hiờu sut bin i quang iờn i vi pin mt tri truyn thng, hiờu sut ny b gii han 31% (v lý thuyt) v cỏc thit b thng mai cho ti thc t chi mi at n s ớt hn 20% Han ch ny l nhn 47 chựm sỏng t mt tri thỡ chi nhng photon cú nng lng ln mi cú th tao c hiờn tng quang iờn Thc t hiờu sut quang iờn tng thỡ chựm hat phi cú nng lng gn bng nng lng vựng cm (1,1 n 1,2 eV) Phn nng lng d (hf - Eg, ú h l hng s Planck, f l tn s ỏnh sỏng v Eg l b rng nng lng vựng cm) s tao nhiờt nng, lm núng thit b i vi cỏc chm lng t, ngi ta ó chng t rng nu nng lng ca photon ti bng bi s ln (thng l gp hoc ln) rng nng lng vựng cm thỡ b hp th bi cht bỏn dn, nú cú th tao nhiu (2 hoc 3) cp exciton Hiờu ng ny c gi l s tao thnh a hat ti (multiple exciton generation, MEG), c chng t bng thc nghiờm vo nm 2008 bi nhúm nghiờn cu dn u l Guyot-Sionnests [7] v nm 2009 bi Minbao v cng s [13] Cỏc nhúm ny ó s dng cỏc chm lng t PbSe (l cht d tao nhiu cp iờn t/l trng vỡ PbSe cú nng lng vựng cm be 0.27 eV) tao pin mt tri vi hiờu sut cao hn hn so vi pin mt tri truyn thng Cỏc chm lng t CdSe cng cú th cho phep tao hiờu ng MEG mc dự mc cú khú khn hn so vi PbSe CdSe cú b rng vựng cm tng i cao (1,7eV) 48 Hỡnh 2.11 Hiu ng to cp exciton t vic hp th photon [21] 2.3.2 S dng cu trỳc a lp, a chuyn tip tng cng hiờu sut bin i quang iờn, ngi ta cũn s dng cu trỳc a chuyn tip (multi junction), ú cỏc chuyn tip c tao bi cỏc vt liờu cú b rng vựng cm khỏc sp xp theo hng gim dn t trờn xung di (hỡnh 2.12) Khi chựm ỏnh sỏng chiu t Mt tri p vo b mt bỏn dn thỡ mi photon chựm sỏng b hp th s cú kh nng bt mt iờn t cht bỏn dn cú rng vựng cm phự hp Cu trỳc ny c gi l cu trỳc a chuyn tip hay cũn gi l cu trỳc tandem, c gii thiờu u tiờn v lý thuyt nm 1960 v sau ú bng thc nghiờm vo nm 1980 [12] 49 Hỡnh 2.12 Mụt mụ hỡnh pin mt tri cú cu trỳc a lp [8] Cỏc pin mt tri a lp thng c ch tao t cỏc vt liờu bỏn dn cú cu trỳc vựng nng lng thng (direct bandgap), l vựng nng lng m ỏy ca vựng dn v inh ca vựng húa tr cựng mt giỏ tr vec t súng k vỡ cỏc cht ny cho phep nõng cao hiờu sut bin i quang-iờn, hỡnh 2.13 Hỡnh 2.13 S vựng cm thng vựng cm xiờn ca bỏn dn 50 Cỏc vt liờu in hỡnh thng dựng l Ge (0,7 eV), GaAs (1.4 eV Vt liờu in hỡnh cỏc nhúm bỏn dn III V, loai lp chuyn tip t GaInP (1,9 e V), GaAs (1,4 eV), v Ge (0,7 eV) Loai nhiu lp nh AlGaInP (2,2 eV), AlGaAs (1,6 eV), GaInP (1,7 eV), GaInAs (1,2 eV), v GaInNAs (1,0-1,1 eV) V mt lý thuyt, pin mt tri cú cu trỳc a lp lý tng cú th cú hng trm lp chuyn tip, mi lp s cú tỏc dng hp th mt di hp cỏc photon ph phỏt xa ca mt tri t hng ngoai cho ti cc tớm cú th ch tao c cu trỳc ú, cỏc lp bỏn dn phi rt mng iu ny cú th thc hiờn c s dng cỏc lp hat rt mng c tao thnh t chm lng t CdSe vi cỏc kớch thc hat khỏc nhau, mi lp hat cú tỏc dng nh mt cht bỏn dn cú b rng vựng cm khỏc Nh vy, cú th s dng nht mt loai vt liờu l CdSe vi cỏc kớch thc nano khỏc thay th cho nhiu loai vt liờu Pin mt tri cú cu trỳc tandem ch tao t vt liờu nano nh th ny c coi l pin mt tri th hờ th 2.3.3 S dng cu trỳc bõy ht tai t cỏc vt liu lai CdSe vi cht hu c Ngi ta cũn s dng CdSe kt hp vi cỏc cht vụ c hoc hu c, tao thnh vt liờu lai by cỏc hat ti vi mc ớch han ch s tỏi hp iờn t - l trng Vt liờu in hỡnh ca loai vt liờu lai ny l CdSe iờn t TiO (dựng by iờn t) hoc polymer (dựng by l trng) Cỏc electron chm lng t CdSe, sau hp th nng lng t photon b nhy lờn mc kớch thớch v bt liờn kt, lin b by vo cht TiO Cỏc electron TiO2 b keo v phớa bn cc õm cũn l trng cũn lai CdSe thỡ b keo v bn cc dng (hỡnh 2.14) 51 (a) (b) (c) Hỡnh 2.14 S mụ t quỏ trỡnh by in t pin mt tri s dng cht nhy mu TiO2 (a) Cỏc tinh th cht TiO2 vi vai trũ cht by in t; b) Lp CdSe úng vai trũ l ni to cp in t - l trụng (exciton) c) Lp ZnS ngn cỏch tng tỏc in gia CdSe vi mụi trng [9] Hỡnh 2.15 biu din s ph thuc ca iờn ỏp li ca pin mt tri vo b dy ca lp TiO2 B dy ca TiO2 cng ln, thỡ s ngn cỏch iờn t/l trng cng hiờu qu, s tỏi hp iờn t - l trng cng b han ch, giỳp lm tng hiờu sut pin mt tri (a) (b) Hỡnh 2.15 Tỏc dng ca lp TiO nh cht by in t pin mt tri trờn nn CdSe: Lp TiO cng dy s ngn cỏc gia in t v l trụng 52 cng ln (hỡnh a) v hiu in th quang in t c cng cao (hỡnh b) [11] Gn õy hiờu ng quang iờn ó c phỏt hiờn nhng cu trỳc lai gia CdSe vi polymer Khi cỏc photon bn vo b mt ca chm lng t thỡ s tao cỏc extion, ú cỏc l trng b by keo v phớa polymer v hp tai mt iờn cc; cũn cỏc iờn t thỡ cũn lai cỏc chm lng t CdSe v c hp nh quỏ trỡnh khuch tỏn cỏc tinh th c ni vi mt iờn cc khỏc Mc dự cỏc kt qu bc u ca loai pin mt tri ny cũn khiờm tn nhng hn s c ci thiờn nhanh chúng cỏc chm lng t hỡnh que hoc hỡnh nhỏnh Trong cỏc cu trỳc khỏc thỡ cỏc tinh th TiO thng c s dng nh nhng cht by iờn t, cũn polymer úng vai trũ l cht dn l trng; cỏc iờn t - l trng c tao thnh t cỏc tinh th CdSe s c bm vo tng ng: iờn t tin v TiO2, l trng tin v polymer Hỡnh 2.16 mụ t mt cu trỳc pin mt tri ch tao t vt liờu lai gia CdSe vi mt loai polymer cú tờn l PEDOT:PSS poly(3,4-alklenedioxythiophenes):poly(styrenesulfonate) 53 Hỡnh 2.16 Mụ t mụt cu trỳc pin mt tri ch to t vt liu lai gia CdSe vi polymer[15] Túm lai, vi tt c cỏc u th ca vt liờu pin mt tri mng mng núi trờn cựng vi cỏc c tớnh quang hc ph thuc vo kớch thc ch tao, chm lng t CdSe hi t tt c ch tao pin mt tri th hờ mi (pin mt tri mng mng cú kớch thc nanomet) iu ú khin cho chm lng t CdSe ngy cng c quan tõm xem xet nh mt loai vt liờu hn cho pin mt tri tng lai 2.4 Mt s thỏch thc vic hin thc húa nhng kh nng ng dng chm lng t CdSe ch to pin mt tri th h mi Bờn canh nhng kh nng ng dng ca vt liờu nanụ núi chung, cỏc chm lng t CdSe núi riờng, viờc hiờn thc húa nhng kh nng ng dng núi trờn cũn gp nhng thỏch thc khụng nh Th nht cỏc chm lng t CdSe th hiờn c tớnh cht u viờt ca nú so vi cỏc vt liờu truyn thng, chỳng phi c ch tao vi kớch thc ng u v cú giỏ tr xỏc nh nm gii han cho phep Th hai quỏ trỡnh ch tao chm lng t CdSe ngi ta phi s dng cỏc dung mụi v cỏc hoat cht S tn tai ca cỏc cht ny nh cỏc tap cht lm bin i nhng c tớnh tt p cú ca CdSe b nh hng Viờc loai tr cỏc tap cht ny khụng phi l iu d dng c biờt chỳng u cú kớch thc nanụ Th ba, nh hng ca t lờ gia cỏc tin cht c s dng ch tao chm lng t lờn tớnh cht ca sn phm ch tao CdSe cha c kho sỏt mt cỏch hờ thng Nhng thỏch thc núi trờn khin cho viờc m rng ng dng ca chm lng t CdSe vo cỏc lnh vc cụng nghờ núi chung, vo ch tao pin mt tri núi riờng cũn nhng han ch nht nh ũi hi s tip tc quan tõm u t, nghiờn cu ca cỏc nh khoa hc Kt lun chng 54 Trong chng ny, chỳng ta ó tho lun v kh nng ng dng ca chm lng t CdSe ch tao pin mt tri th hờ mi T nhng c trng c bn ca pin mt tri truyn thng v cu trỳc, nguyờn lý hoat ng v vt liờu ch tao, chỳng ta ó vach nhng han ch ca pin mt troi trờn nn Silic v kh nng khc phc chỳng s dng vt liờu mi thay th cho Silic n tinh th ng thi nhng u im ca vt liờu mng mng th hờ hai v th hờ ba (mng mng kớch thc nanụ) ó c trỡnh by chi tit Nhng thỏch thc viờc hiờn thc húa kh nng ca CdSe pin mt tri cng ó c cnh bỏo chng ny 55 KT LUN Vi mc ớch l kho sỏt quy trỡnh ch tao v kh nng ng dng chm lng t CdSe pin mt tri th hờ mi, lun ny ó at c nhng kt qu sau: 1) Qua kho sỏt quy trỡnh ch tao chm lng t CdSe t cỏc tin cht l CdO v bt Se vi cỏc dung mụi hu c ó tỡm c mi quan hờ gia thi gian phn ng vi tớnh cht ca chm lng t tao thnh ó c kho sỏt, t ú cú th xỏc nh c cỏc tham s cn thit thu c chm lng t CdSe vi kớch thc mong mun 2) T viờc phõn tớch, tỡm hiu v nguyờn tc cu tao, hoat ng v la chn vt liờu ch tao pin mt tri truyn thng, kt hp vi nhng c tớnh ca vt liờu nanụ, c th l chm lng t CdSe, lun ó trỡnh by c cỏc cu trỳc pin mt tri th hờ mi Nh s dng cu trỳc a chuyn tip v cu trỳc lai gia chm lng t CdSe vi cỏc cht hu c (polymer) chỳng ta cú th tng hiờu sut bin i quang iờn; Nh s dng cụng nghờ mng mng v x lý húa hc cỏc hn hp CdSe vi dung mụi hu c dang keolng, chỳng ta cú th tao pin mt tri trờn nn CdSe dang mng mng vi diờn tớch rng, r tin, ng thi tn dng cỏc vt liờu nn nh nhng vt liờu xõy dng thụng thng ú l c s chỳng ta gim ỏng k giỏ thnh sn xut pin mt tri th hờ mi 3) ó chi c nhng thỏch thc viờc ỏp dng cỏc u th ca pin mt tri th hờ mi Cỏc thỏch thc ny t nhu cu tip tc nghiờn cu hiờn thc húa nhng kh nng to ln ca vt liờu nanụ khoa hc cụng nghờ hiờn núi chung v sn xut pin mt tri núi riờng 56 Bi toỏn lm ch cụng nghờ sn xut pin mt tri, vi nhng thnh phn sc canh tranh trờn th trng ang c t vi cỏc c s nghiờn cu khoa hc trờn th gii v Viờt Nam l mt ht sc cn thit Ngnh cụng nghiờp iờn mt tri ang hn s l mt ngnh khoa hc quan trng cú nh hng rt ln n cuc sng ca chỳng ta tng lai Vi nhng tim nng ln lao v nng lng mt tri hy vng ngnh cụng nghờ pin mt tri Viờt Nam s phỏt trin xu th hi nhp khoa hc cụng nghờ mi trờn ton cu 57 TAI LIU THAM KHO [1] Nguyn Quang Liờm Chm lng t bỏn dn CdSe, CdTe, InP v CuInS2: Ch to, tinh cht quang v ng dng, Nh xut bn KHTN v Cụng nghờ, H Ni, 2011, 266 trang [2] V Linh, ng ỡnh Thng, Nghiờn cu cụng ngh ch to module pin mt tri, K yu Hi ngh Vt lý ton quc ln th 4, H Ni 5/8/1993 [3] Nguyn Hng Qung (2010), Synthesis and Optical Properties of CdSe Nanocrystals and CdSe/ZnS core/shell Nanostructures in Noncoordinating Solvents, Adv Nat Sci Nanosci Nanotechnol vol (2), p 025004 [4] Trng Vn Tõn,C hc lng t v vt liu nano http://vietsciences.free.fr (truy cp ngy 16 thỏng nm 2011) [5] ng ỡnh Thng, Pin mt tri v ng dng, Nh xut bn Khoa hc v K thut, H Ni, 2008, 152 trang [6] A Kongkanand, K Tvrdy, K Takechi, M Kuno, and P V Kamat (2008), Quantum dot Solar cell Tuning Photoresponse through Size and Shape Control of CdSe-TiO2 Architecture, J Am Chem Soc 130 (12), 4007 [7] Anshu Pandey and Philippe Guyot-Sionnest, Slow Electron Cooling in Colloidal Quantum Dots, Science, 322, (5903) pp 929-932 [8] A.W.Bett, Multi-junction solar cell in Europe, Proc Solar Power Conference 2006 [9] I Hod, V.G.Pedro, I M Sero (2011), Dye versus Quantum Dots in Sensitized Solar Cell: Participation of Quantum Dot Absorber in the Recombination Process, Phys Chem Lett., 2, 3032-3035 58 [10] I Mora-Serú and J Bisquert (2010),Breakthroughs in the Development of Semiconductor Sensitized Solar Cells, J Phys Chem Lett., 1, 3046-3052 [11] I Mora-Serú, J Bisquert, Th Dittrich, A Belaidi, A S Susha, and A L Rogach (2007),Photosensitization of TiO2 Layers with CdSe Quantum Dots: Correlation between Light Absorption and Photoinjection, J Phys Chem C, 111, 14889-14892 [12] M.Aven, J.S.Prener, Physics and Chemistry of II-VI Compounds, North- Holland, Amsterdam, 1976 [13] M Ji, S N Park (2009), Efficient Multiple Exciton Generation Observed in Colloidal PbSe Quantum Dots with Temporally and Spetrally Resolved Intraband Excitation, Nano Lett., 9, 1217-1222 [14] M Wolf, Limitations and possibilities for improvement of photovoltaic solar energy converters, Proc Inst Radio Engineers, vol 48, 1960 [15] W A Tisdale, K J Williams, B A Timp, D J Norris, E S Aydil, and X.-Y Zhu (2010), Hot-Electron Transfer from Semiconductor Nanocrystals, Science, Vol 328 ( 5985) pp 1543-1547 [16] Y Marfaing, Solar Energy, Conversion and Application, Paris, 1987 [17] http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_cell (truy cp ngy thỏng 10 nm 2011) [18] http://visual.merriam-webster.com/energy/solar-energy/solar-cell.php (truy cp ngy 10 thỏng 10 nm 2011) [19] http://www.sandia.gov (truy cp ngy 10 thỏng 10 nm 2011) [20] http://www.sttic.com.ru (truy cp ngy 10thỏng 10 nm 2011) [21] http://www.chemistry.emory.edu (truy cp ngy 16 thỏng 10 nm 2011) 59 [22] http://en.wikipedia.org (truy cp ngy thỏng 11 nm 2011) [23] http://www.solar-green-wind.com (truy cp ngy thỏng 12 nm 2011) [24] http://chemgroups.northwestern.edu truy cp ngy 15 thỏng 11 nm 2011) [...]... phát quang Chương này sẽ trình bày định hướng ứng dụng của chấm lượng tử CdSe trong pin mặt trời thế hệ mới Cấu trúc, nguyên tắc hoạt động và vật liệu chế tạo pin mặt trời truyền thống (trên nền Si đơn tinh thể) được trình bày tóm tắt trước khi đi sâu thảo luận về pin mặt trời thế hệ mới, trong đó nhấn mạnh những ưu điểm của chấm lượng tử CdSe với vai trò là vật liệu chế tạo Những thách thức... khảo sát Các chấm lượng tử được chế tạo với thời gian phản ứng ứng khác nhau cho thấy thời gian phản ứng càng dài thì kích thước của hạt thu được càng lớn 30 CHƯƠNG II ỨNG DỤNG CHẤM LƯỢNG TỬ CdSe TRONG CHẾ TẠO PIN MẶT TRỜI THẾ HỆ MỚI Các chấm lượng tử CdSe là vật liệu hứa hẹn có nhiều ứng dụng trong công nghệ hiện đại, đặc biệt đối với các thiết bị quang điện như pin mặt trời màng mỏng có... ứng dụng chấm lượng tử CdSe trong pin mặt trời cũng được trình bày trong chương này 2.1 Pin mặt trời trên cơ sở tinh thể Si (pin mặt trời truyền thống) 2.1.1 Giới thiệu về pin mặt trời Pin mặt trời, còn được gọi là pin quang điện hay tế bào quang điện, là một thiết bị điện tử dùng để biến đổi trực tiếp năng lượng ánh sáng thành điện năng nhờ hiệu ứng quang điện trong Trong thực tế các pin mặt. .. các chấm lượng tử có kích thước khá đồng nhất Kết luận chương 1 Chương này đã tập trung giới thiệu tổng quát về vật liệu bán dẫn cấu trúc nano: chấm lượng tử CdSe Các tính chất cơ bản và khả năng ứng dụng của vật liệu nanô nói chung và chấm lượng tử CdSe nói riêng trong thực tế cũng đã được trình bày Quy trình chế tạo chấm lượng tử CdSe từ CdO bằng phương pháp nhiệt phân đã được khảo sát Các chấm. ..11 CHƯƠNG I KHẢO SÁT QUY TRÌNH CHẾ TẠO CHẤM LƯỢNG TỬ CdSe Chương này sẽ trình bày tóm tắt về một số đặc điểm của vật liệu nano nói chung, các tính chất cơ bản của chấm lượng tử CdSe nói riêng và khả năng ứng dụng của chúng trong thực tế trước khi đi sâu tìm hiểu về các phương pháp chế tạo chấm lượng tử CdSe từ các tiền chất thân thiện với môi trường Ảnh... thích, các hạt CdSe phun điện tử vào các phân tử TiO 2 dạng hạt và ống, nhờ đó cho phép tạo ra các dòng quang điện cho tế bào pin mặt trời Hiệu suất biến đổi của vật liệu CdSe/TiO 2 này có thể đạt tới 35% đối với TiO 2 dạng hạt và 45% đối với TiO2 dạng ống xốp [6] 1.3 Khảo sát quy trình chế tạo chấm lượng tử CdSe 19 1.3.1 Các phương pháp chế tạo vật liệu nanô Các vật liệu nano có thể thu được... trong công nghệ chế tạo pin mặt trời (1975-2011) [17] 32 Từ năm 2000 trở lại đây sự phát triển của pin mặt trời đã đạt được nhiều thành tựu đáng kể Việc phát triển công nghệ xử lý và điều khiển các quá trình nhiệt cũng như kiểm soát được tốc độ phát triển màng, vùng đã làm cho công nghệ pin mặt trời bước sang một giai đoạn mới Hình 2.1 trình bày sự tiến triển trong công nghệ chế tạo pin mặt. .. kiện quang phi tuyến Chấm lượng tử được "gắn" vào các phân tử sinh học trong tế bào Dưới sự kích hoạt của tia tử ngoại, chấm lượng tử phát quang giống như cây thông Giáng sinh trong tế bào, giúp ta phân biệt phân tử ta muốn quan sát với các phân tử xung quanh Các nhà khoa học tận dụng hiệu ứng cộng hưởng plasmon của hạt nano vàng tạo ra bộ cảm ứng sinh học và sự phát huỳnh quang trong việc trị liệu... Các bước tiến hành chế tạo chấm lượng tử CdSe Việc chế tạo chấm lượng tử CdSe được tiến hành theo sơ đồ quy trình thí nghiệm được mô tả trên hình 1.5 Hình 1.5 Sơ đồ chế tạo chấm lượng tử CdSe từ CdO - [1] 22 - Trước hết, hỗn hợp của CdO (0,8 mmol), DDPA (1,6 mmol), TOPO (3,5 ml) và HDA (6,5 ml) được nạp vào bình cầu 3 cổ (dung tích 50 hoặc 100 ml) Đun nóng chảy hỗn hợp ở 600C và hút chân không... mới lạ so với vật liệu khối và hứa hẹn mang lại những ứng dụng quan trọng trong cuộc sống Thứ hai, khi kích thước của hạt giảm xuống xấp xỉ bán kính Bohr của exciton trong vật liệu khối thì xuất hiện hiệu ứng giam giữ lượng tử, trong đó các trạng thái điện tử cũng như các trạng thái dao động trong hạt nano bị lượng tử hoá Các trạng thái bị lượng tử hoá trong cấu trúc nano sẽ quy t định tính ... hành chế tạo chấm lượng tử CdSe 1.3.2.3 Kết thí nghiệm CHƯƠNG II ỨNG DỤNG CHẤM LƯỢNG TỬ CdSe TRONG CHẾ TẠO PIN MẶT TRỜI THẾ HỆ MỚI 2.1 Pin mặt trời sở tinh thể Si (pin mặt trời. .. tính chất thú vị tiềm ứng dụng to lớn vật liệu bán dẫn kích thước nanomet, chọn đề tài Khảo sát quy trình chế tạo ứng dụng chấm lượng tử CdSe pin mặt trời hệ mới cho luận văn thạc sĩ Quang học... nghiên cứu chế tạo chấm lượng tử CdSe theo hướng thân thiện với môi trường; Chương 2: Ứng dụng chấm lượng tử CdSe pin mặt trời hệ Các ứng dụng chấm lượng tử CdSe thực tế, đặc biệt pin mặt trời hệ