Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý Chế tạo màng TiO2 Ráp pin mặt trời chấm lượng tử nhạy quang và khảo sát tính chất điện của pin. -CdSe và nghiên cứu tính chất quang của màng

Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .5 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT…………………………………… DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG…………………………………………… ……………….10 MỞ ĐẦU .…11 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN .13 1.1 Lý thuyết tổng quan chấm lượng tử……………………………………13 1.1.1 Vật liệu cấu trúc nano…………………………………………………13 1.1.2 Chấm lượng tử 14 1.1.2.1 Chấm lượng tử gì? 14 1.1.2.2 Cấu trúc vùng lượng chấm lượng tử…………… 14 1.1.2.3 Ảnh hưởng kích thước từ vật liệu khối đến chấm lượng tử 17 1.1.3 Các phương pháp tổng hợp nano bán dẫn .19 1.1.3.1 Các phương pháp vật lý……………………………… 19 1.1.3.2 Các phương pháp hóa học 20 1.2 Pin mặt trời (PMT)……………………………………………………………22 1.2.1 Các hệ pin mặt trời (PMT) 22 1.2.1.1 Thế hệ thứ nhất………………………………… 23 1.2.1.2 Thế hệ thứ hai…………………………………………….23 Huỳnh Lê Thùy Trang Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý 1.2.1.3 Thế hệ thứ ba ………………………………………… 24 1.2.1.4 Thế hệ thứ tư…………………………………………… 25 1.2.2 Tiềm hướng phát triển tương lai pin mặt trời….25 1.2.3 Các thông số đặc trưng pin mặt trời………………………… 28 1.2.3.1 Dòng đoản mạch (J sc ) .28 1.2.3.2 Dòng tối (J dark ) 28 1.2.3.3 Thế mạch hở (V oc ) 29 1.2.3.4 Công suất, hiệu suất SC .29 1.2.4 Cấu tạo nguyên lý hoạt động pin mặt trời chất màu nhạy quang (DSC) …………………………………………………………………….…30 1.3 Các phương pháp thực nghiệm phân tích vật liệu…………………………34 3.2.1 Phương pháp phổ hấp thụ tử ngoại khả kiến (UV-Vis) ……………34 3.2.2 Phép đo quang phát quang (PL) ………………………………….35 3.2.4 Phổ Raman: ……………………………………………………… 36 3.2.5 Phương pháp chụp ảnh kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) ………………………………………………………………………….… 37 3.2.6 Phương pháp chụp ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) …………………………………………………………………………… 37 3.2.7 Hệ đo tính pin mặt trời chấm lượng tử nhạy quang …….38 CHƯƠNG II: QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM .39 2.1 Chế tạo dung dịch chấm lượng tử CdSe .39 2.1.1 Hóa chất dụng cụ 39 2.1.2 Quy trình tổng hợp 40 Huỳnh Lê Thùy Trang Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý 2.1.3 Tạo mẫu bột nano CdSe………………………………………… 41 Chế tạo màng TiO -CdSe FTO (điện cực anode) 41 2.2 2.2.1 Chế tạo màng TiO phương pháp in lụa 41 2.3 2.2.2 Tạo màng TiO -CdSe 42 2.2.3 Chế tạo điện cực cathode (điện cực Pt) .43 Kỹ thuật tạo pin…………………………………………………….……44 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 45 3.1 Các tính chất đặc trưng hạt nano CdSe 45 3.1.1 Phân tích phổ hấp thụ UV-Vis 45 3.1.1.1 Điều khiển kích thước hạt theo nồng độ chất bao 45 3.1.1.2 Điều khiển kích thước hạt nano theo tỉ lệ R 47 3.1.2 Phân tích cấu trúc hạt CdSe từ phổ nhiễu xạ tia X phổ Raman.…………………………………………………… ……………… 49 3.2 3.1.2.1 Phổ nhiễu xạ tia X 49 3.1.2.2 Phổ Raman 52 3.1.3 Khảo sát hình dạng kích thước hạt nano CdSe 53 3.1.4 Phân tích phổ quang phát quang (PL) 55 Khảo sát tính chất màng TiO -CdSe .57 3.2.1 Phân tích phổ hấp thụ UV-Vis màng TiO –CdSe 57 3.2.1.1 Khảo sát thời gian ngâm màng TiO dung dịch CdSe ………………………………………………… …57 Huỳnh Lê Thùy Trang Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý 3.2.1.2 Khảo sát nhiệt độ nung mẫu 58 3.2.2 Phân tích ảnh kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FESEM)……………………………………………………………………… 59 3.2.3 Phân tích phổ nhiễu xạ tia X phổ Raman 61 3.2.3.1 Phổ nhiễu xạ tia X .61 3.2.3.2 Phân tích phổ Raman 62 3.2.4 Phân tích phổ quang phát quang 63 3.3 Đo tính pin 65 CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .68 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………… 70 Huỳnh Lê Thùy Trang Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy TS Lâm Quang Vinh thầy PGS TS Dương Ái Phương hướng dẫn tận tình giúp em hoàn thành tốt luận văn Em xin gửi lời trân trọng cảm ơn đến thầy TS Nguyễn Thái Hoàng tạo điều kiện giúp đỡ em nhiều trình thực nghiệm bên phòng thí nghiệm điện hóa Cảm ơn tất bạn lớp Cao học K18, đặc biệt người bạn thân thiết bên cạnh lúc khó khăn Và cảm ơn bạn, anh chị, em sinh viên phòng thí nghiệm quang phổ chia sẻ, trao đổi kiến thức suốt trình làm luận văn Cảm ơn bạn Phạm Thị Hiền, em Chu Minh Hân bạn, anh chị phòng thí nghiệm điện hóa giúp đỡ tận tình để hoàn thành tốt trình thực nghiệm Sau xin gửi lời cảm ơn đến người thân yêu Con cảm ơn ba má, chị gái, em trai người thân gia đình ủng hộ con, chỗ dựa cho Và cảm ơn Cường nhiều, tất điều tốt đẹp Cường dành cho Trang Huỳnh Lê Thùy Trang Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DSC Pin mặt trời chất màu nhạy quang (Dye- sensitized solar cell) FF Thừa số lấp đầy FTO Oxít thiếc pha tạp Fluorine (Fluorine –doped tin oxide) HOMO Orbitan phân tử cao chứa điện tử (highest occupied molecular orbital) J SC Dòng ngắn mạch LUMO Orbital phân tử thấp không chứa điện tử (lowest unoccupied molecular orbital) N719 Cis-bis(isothiocyanato)bis(2’2’-bipyridyl-4,4’-dicarboxylato)ruthenium(II)bis-tetrabutylammonium PMT, SC Pin mặt trời V OC Thế mạch hở η Hiệu suất chuyển đổi quang pin Huỳnh Lê Thùy Trang Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Cấu trúc chấm lượng tử: (a) Cấu trúc chấm lượng tử CdSe; (b) Chấm lượng tử có cấu trúc lõi-vỏ bọc CdSe/ZnS…………………………………………14 Hình 1.2 : Sơ đồ lượng bán dẫn khối chấm lượng tử…………….15 Hình 1.3 Đ ặc trưng không gian thực tương tác exciton bán dẫn………………………………………………………………………………….15 Hình 1.4: Phổ hấp thụ chấm lượng tử với thay đổi kích thước hạt…………17 Hình 1.5: (a) Hệ vật rắn khối ba chiều; (b) Hệ hai chiều (Vật liệu màng); (c) Hệ chiều (Dây lượng tử); (d) Hệ không chiều (chấm lượng tử)……………………….17 Hình 1.6: Dùng hợp chất hữu thiol làm tác nhân ngăn chặn bề mặt……………22 Hình 1.7: Đặc tuyến I-V giá trị MP SC…………………………………….30 Hình 1.8: Nguyên lý hoạt động DSC………………………………………….31 Hình 1.9: Quá trình ơbm ện tử pin mặt trời chấm lượng tử CdSe nhạy quang……………………………………………………………………………….33 Hình 1.10: Sơ đồ chuyển mức lượng bước chuyển lượng phổ điện tử…………………………………………………………………………34 Hình 1.11: Cơ chế phát xạ ánh sang……………………………………………….35 Hình 1.12 Các mode dao động tinh thể……………………………………… 37 Hình 1.13: Hệ máy Keithley đo hiệu suất pin…………………………………… 38 Hình 2.1: Sơ đồ tổng hợp dung dịch nano CdSe………………………………… 40 Huỳnh Lê Thùy Trang Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý Hình 2.2: (a) Máy in lụa; (b) Khung in lụa; (c) Máy in lụa chế độ làm việc…….41 Hình 2.3: Điện cực cathode Pt…………………………………………………… 43 Hình 2.4: (a) Sơ đ cấu tạo pin mặt trời chấm lượng tử CdSe; (b) Máy ép điện cực………………………………………………………………………………….44 Hình 2.5: Một pin mặt trời chấm lượng tử CdSe ghép hoàn chỉnh………….44 Hình 3.1: Phổ hấp thụ UV-Vis dung dịch keo nano CdSe theo tỷ lệ chất bao khác nhau………………………………………………………………………… 45 Hình 3.2: Màu sắc dung dịch nano CdSe thay đổi theo nồng độ chất bao… 47 Hình 3.3: Phổ hấp thụ dung dịch keo nano CdSe với tỉ lệ R = Cd/Se khác nhau……………………………………………………………………………… 48 Hình 3.4: Phổ nhiễu xạ tia X bột CdSe nung nhiệt độ khác nhau…… 50 Hình 3.5: Đồ thị phân bố kích thước hạt theo nhiệt độ nung…………………… 52 Hình 3.6: Phổ Raman bột CdSe…………………………………………… …53 Hình 3.7: Ảnh TEM mẫu bột nano CdSe……………….…………………… 54 Hình 3.8: Phổ hấp thụ phổ quang phát quang dung dịch CdSe tỷ lệ R(Cd/Se) = 8, khác tỷ lệ chất baoM………………………………….… 55 Hình 3.9: Phổ hấp thụ UV-Vis màng TiO -CdSe theo thời gian ngâm……….57 Hình 3.10: Phổ hấp thụ UV-Vis màng TiO -CdSe xử lý nhiệt nhiệt độ khác môi trường chân không……………………………………… …58 Hình 3.11: Màu sắc màng TiO -CdSe theo nhiệt độ nung…………………….59 Huỳnh Lê Thùy Trang Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý Hình 3.12: (a) Ảnh FE-SEM màng TiO đế thủy tinh; (b) Ảnh FE-SEM màngTiO -CdSe đế thủy tinh ……………………………………………… 60 Hình 3.13: Phổ nhiễu xạ tia X màng TiO -CdSe nung 3000C chân không……………………………………………………………………………….61 Hình 3.14: Phổ Raman màng TiO -CdSe nung nhiệt độ khác nhau…… 62 Hình 3.15: Phổ PL màng……………………………………………… 63 Hình 3.16: Quá trình chuyển điện tích từ CdSe sang TiO …………………….….63 Hình 3.17: Đư ờng đặc trưng I-V pin mặt trời chấm lượng tử CdSe nhạy quang……………………………………………………………………………….65 Huỳnh Lê Thùy Trang Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý 10 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Thông số bán kính Bohr số chất bán dẫn…………… ……….27 Bảng 3.1: Kết độ rộng vùng cấm kích thước trung bình nano CdSe điều khiển theo nồng độ chất bao…………………………………………………….…47 Bảng 3.2: Kết độ rộng vùng cấm kích thước trung bình nano CdSe điều khiển theo tỷ lệ R………………………………………………………………… 49 Bảng 3.3: Kích thước hạt CdSe thay đổi theo nhiệt độ…………………… …… 52 Bảng 3.4: Các thông số quang điện pin với chấm lượng tử CdSe …… …….66 Huỳnh Lê Thùy Trang Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý 61 Do đó, để biết rõ thông tin v ề hấp thụ chấm lượng tử CdSe lên TiO , tiến hành đo phổ nhiễu xạ tia X phổ Raman 3.2.3 Phân tích phổ nhiễu xạ tia X phổ Raman 3.2.3.1Phổ nhiễu xạ tia X Hình 3.13: Phổ nhiễu xạ tia X màng TiO -CdSe nung 3000C chân không Từ phổ nhiễu xạ tia X (hình 3.13), thấy có đỉnh nhiễu xạ 25.370 ,37.760, 48.050, 54.380 tương ứng pha anatase tinh thể TiO ứng với mặt mạng (101),(004), (200), (211) đỉnh nhiễu xạ tinh thể CdSe pha cấu trúc dạng lập phương (zinc blende) với mặt mạng (111), (220), (311) [4, 29, 19] Chứng tỏ CdSe gắn lên TiO Khi CdSe chưa gắn kết với TiO 3000C tinh thể nano CdSe chuyển sang dạng wurtzite (khảo sát mục 3.1.2.1), nhiên có liên kết CdSe TiO ngăn biến đổi pha cấu trúc tinh thể nano CdSe từ zinc Huỳnh Lê Thùy Trang Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý 62 blende thành pha cấu trúc wurtzite Ở 3000C hấp thụ lên TiO , CdSe tồn dạng zinc blende 3.2.3.2 Phân tích phổ Raman Để khảo sát tốt thông tin CdSe TiO tiến hành đo phổ Raman vật liệu Hình 3.14: Phổ Raman màng TiO -CdSe nung nhiệt độ khác Từ hình 3.14 cho thấy ba trường hợp (màng xử lý nhiệt, xử lý 2000C, 3000C) xuất đỉnh 145cm-1, 395cm-1, 518cm-1, 639cm-1 đặc trưng cho mode dao động tinh thể TiO cấu trúc pha anatase mode dao động 1LO (205 cm-1) 2LO (410cm-1) tinh thể CdSe Ngoài ra, với mẫu xử lý 3000C xuất đỉnh 280 cm-1, đỉnh xuất dao động chuỗi –Se-Sehoặc phối tử CdS x Se 1-x [15,25,19] Huỳnh Lê Thùy Trang Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý 63 Như vậy, từ kết phổ nhiễu xạ tia X vả phổ Raman ta kết luận chấm lượng tử CdSe phân tán vào mạng lưới tinh thể TiO 3.2.4 Phân tích phổ quang phát quang Hình 3.15: Phổ PL màng Để phân tích trình dịch chuyển điện tử màng TiO -CdSe tiến hành đo phổ quang phát quang Từ phổ quang phát quang mẫu (hình 3.15) ta thấy cường độ phát quang có mặt TiO thấp so với có tinh thể nano CdSe Và với nhiệt độ xử lý mẫu cao cường độ phát quang giảm mạnh Điều giải thích sau (hình 3.16): Huỳnh Lê Thùy Trang Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý 64 Hình 3.16: Quá trình chuyển điện tích từ CdSe sang TiO Khi mặt TiO electron CdSe sau hấp thụ ánh sáng nhảy lên vùng dẫn hình thành cặp electron lỗ trống: CdSe + hυ → CdSe(h + + e-) Sau cặp e/h tái hợp xạ: CdSe(h+ + e-) → CdSe + hυ’ Nhưng với có mặt TiO , trình phát quang bị dập tắt tái hợp xạ electron vùng dẫn lỗ trống vùng hóa trị CdSe giảm mạnh Lúc điện tử sau bị kích thích lên vùng dẫn CdSe, không tái hợp trở lại mà chuyển dời sang vùng dẫn TiO : CdSe (h+ + e-) + TiO → CdSe(h+) + TiO (e) Cuối tái hợp với lỗ trống TiO bị bẫy khuyết tật điện tử thông qua dịch chuyển không phát xạ Vì ta quan sát thấy cường độ phát quang giảm mạnh[6,10,24, 42,31,17,22] Ngoài ra, bề mặt tinh thể bị oxi hóa gây dập tắt phát quang, nhiên theo kết đo XRD Raman hi ện tượng oxi hóa bề mặt CdSe thành CdO Như vậy, dập tắt quang hoàn toàn chuyển dời điện tích từ CdSe sang TiO Mặt khác, nung nhiệt độ cao đỉnh phát quang màng TiO -CdSe có xu hướng dịch dần phía sóng dài Đó nhiệt độ nung tăng, vật liệu bị tinh thể hóa dẫn đến bờ hấp thụ dịch phía sóng dài (phổ hấp thụ UV-Vis hình 3.10) đỉnh phát quang dịch phía đỏ Kết luận: Qua trình khảo sát tính chất quang màng TiO -CdSe kết luận rằng: màng TiO -CdSe tạo thành phương pháp ngâm trực Huỳnh Lê Thùy Trang Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý 65 tiếp màng TiO dung dịch nano CdSe 20h với nhiệt độ xử lý mẫu khác cho thấy hấp thụ CdSe lên mạng lưới TiO Đặc biệt từ phổ quang phát quang cho thấy dịch chuyển thành công hạt tải điện từ vùng dẫn CdSe sang vùng dẫn TiO , tính chất quan trọng việc ứng dụng tạo pin mặt trời 3.3 Đo tính pin[3,28, 30,34,36] Pin sau hoàn thiện (tiết diện 0.28cm2) đo tính máy potentiostat Keihley 2400 cường độ chiếu sáng 100mW/cm2, cường độ sáng điều chỉnh pin chuẩn đư ợc chuẩn hóa nhà sản xuất theo chuẩn AM 1,5 Kết đo được: Pin I SC (mA/cm-1) V OC (V) FF TiO -CdSe 0.05 0.58 0.32 TiO -CdSe(2000C) 0.12 0.40 0.24 TiO -CdSe(3000C) 0.04 0.23 0.43 Bảng 3.4: Các thông số quang điện pin với chấm lượng tử CdSe Huỳnh Lê Thùy Trang Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý 66 Hình 3.17: Đường đặc trưng I-V pin mặt trời chấm lượng tử CdSe nhạy quang Từ bảng 3.4 ta thấy việc xử lý nhiệt độ anode TiO -CdSe giá trị dòng ngắn mạch mạch hở cao 2000C, 3000C lại giảm nhiều Từ đường đặc trưng I-V (hình 3.17) ta thấy tính chuyển đổi thành dòng PMT chế tạo không cao Điều trình chuyển điện tử gặp khó khăn, có nhiều nguyên nhân để giải thích vấn đề này: Các phản ứng tạo dòng tối lấn át Có ba tượng làm tăng phản ứng dòng tối: (1) tái hợp cặp electron/lỗ trống TiO ; (2) electron TiO tham gia phản ứng oxi hóa-khử với ion chất điện ly I -; (3) bề mặt TiO có chỗ trống không bị TiO che phủ dẫn đến electron FTO tham gia phản ứng oxi-hóa khử với ion chất điện ly I - Hoặc tác nhân hữu bao phủ bề mặt làm điện trở tăng cao cản trở dòng điện.Ngoài ra, lượng chấm lượng tử liên kết với TiO hiệu suất chuyển đổi dòng không cao Huỳnh Lê Thùy Trang Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý 67 So với tác giả khác, nhóm tác giả K Prabakar [26], M.F Kotkata [32] cho thấy pin mặt trời chấm lượng tử CdSe mà chế tạo có dòng ngắn mạch thấp hơn, tính pin không cao Do tính hoạt động pin chịu ảnh hưởng nhiều công nghệ, chế tạo dựa chất liệu tự sản xuất hệ keo TiO , cathode …chưa đạt độ ổn định công nghệ không cao Trong nhóm tác giả khác hoàn toàn sử dụng hệ keo TiO điện cực cathode thương mại đ ạt chuẩn định Do PMT chấm lượng tử nhạy quang chế tạo có nhiều tiềm phát triển Kết luận: Như vậy, tạo thành công màng TiO - CdSe khảo sát tính chất quang màng Từ đó, cho thấy có s ự gắn kết trình chuyển điện tích CdSe TiO Việc đo tính hoạt động pin cho thông số dòng ngắn mạch hở mạch pin, thông số khiêm tốn nhiều nguyên nhân trình chuyển đổi thành dòng điện pin có nhiều tiềm phát triển Huỳnh Lê Thùy Trang Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý 68 CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Trong trình thực đề tài, hoàn thành mục tiêu đề ra:  Thứ nhất, việc chế tạo chấm lượng tử CdSe, thu kết sau: ♦ Chúng ch ế tạo thành công chấm lượng tử CdSe phương pháp colloide điều khiển kích thước hạt theo nồng độ chất bao tỷ lệ Cd/Se ♦ Bằng phương pháp phân tích phổ hấp thụ UV-Vis, phổ nhiễu xạ tia X, phổ Raman ảnh TEM xác đ ịnh kích thước trung bình hạt nano CdSe 3-4nm, với kích thước (nhỏ bán kính kích thích Borh 5.6nm) cho hiệu ứng giam giữ lượng tử mạnh Đồng thời cho thấy kích thước hạt giảm bờ hấp thụ dịch chuyển phía xanh Và từ phổ quang phát quang ta ũcng th điều này, chứng tỏ có hiệu ứng suy giảm lượng tử ♦ Từ phổ nhiễu xạ tia X, xác định pha tinh thể hạt nano CdSe tổng hợp dạng lập phương Đồng thời, khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ lên pha cấu trúc tinh thể kích thước hạt  Thứ hai, việc chế tạo màng TiO -CdSe làm điện cực anode cho pin mặt trời thu kết sau: ♦ Đã chế tạo thành công màng TiO phương pháp in lụa màng TiO CdSe phương pháp ngâm dung dịch nano CdSe ♦ Từ phổ hấp thụ UV-Vis, phổ nhiễu xạ tia X, phổ Raman, ảnh SEM khảo sát tính chất màng, cho thấy có hấp thụ CdSe lên TiO Màng TiO ngâm dung dịch nano CdSe 20h xử lý nhiệt độ khác nhau, thu màng với TiO pha anatase CdSe pha cấu trúc lập phương (zinc-blende) Huỳnh Lê Thùy Trang Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý 69 ♦ Từ phổ quang phát quang khẳng định trình chuyển điện tích từ vùng dẫn CdSe sang vùng dẫn TiO , điều quan trọng việc ứng dụng làm pin mặt trời chấm lượng tử nhạy quang (QDSSC)  Thứ ba, vấn đề tạo pin: t ạo pin mặt trời chấm lượng tử nhạy quang đo tính pin Tuy nhiên, đề tài mặt hạn chế sau:  Do hạn chế điều kiện thiết bị, kỹ thuật thời gian nên chưa thể khảo sát thêm vấn đề như: xác định nồng độ hấp thu chấm lượng tử CdSe lên màng TiO , thời gian sống điện tử…  Chỉ dừng mức đo thông số I SC , V OC , chưa nghiên cứu nguyên nhân làm giảm tính pin Hướng phát triển đề tài: Trong tương lai, khảo sát phương pháp hữu hiệu để hấp thụ nhiều chấm lượng tử CdSe lên màng TiO Khảo sát ảnh hưởng kích thước, nhiệt độ xử lý chất nhạy quang-chấm lượng tử CdSe lên hiệu suất chuyển đổi pin Có thể kết hợp nhiều lớp chấm lượng tử CdS, CdSe, ZnS chất nhuộm để cải thiện hiệu suất chuyển đổi Huỳnh Lê Thùy Trang Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Đào Anh Huy (2009), Nghiên cứu tổng hợp chấm lượng tử CdSe để ứng dụng y sinh, Luận văn thạc sỹ, Trường Đại Học Cần Thơ [2] Đặng Thị Mỹ Dung (2008), ), Tổng hợp nghiên cứu tính chất quang màng nano CdS nhằm ứng dụng tạo cảm biến sinh học quang xúc tác, Luận văn thạc sỹ, Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên, TP Hồ Chí Minh [3] Nguyễn Thái Hoàng (2010), Nghiên cứu điều kiện chế tạo, tính pin mặt trời-chất màu nhạy quang (DSC) động học trình hóa lý xảy pin, Luận án tiến sỹ hóa học, Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên, TP Hồ Chí Minh Tiếng Anh [4] Alexandra E Raevskaya, Alexander L Stroyuk , Stephan Ya Kuchmiy (2006), “Preparation of colloidal CdSe and CdS/CdSe nanoparticles from sodium selenosulfate in aqueous polymers solutions”, Journal of Colloid and Interface Science 302, 133–141 [5] A P Alivisatos, Science (Washington, DC) 271 (1996) 933 [6] Anusorn Kongkanand, Kevin Tvrdy, Kensuke Takechi, Masaru Kuno, and Prashant V Kamat (2008), “Quantum Dot Solar Cells Tuning Photoresponse through Size and Shape Control of CdSe-TiO2 Architecture”, JACS [7] A.S Khomane, P.P Hankare (2009), “Structural, optical and electrical characterization of chemically deposited CdSe thin films”, Journal of Alloys and Compounds, 489,605-608 [8] C J Murphy J L Coffer, Appl Spectrosc 56 (2002) 16A Huỳnh Lê Thùy Trang Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý 71 [9] Cheng-Chieh Chao, Kuan-Lin Chen, Joong Sun Park, Pei-Chen Su (2007), Quantum dot solar cells, MATSCI 316 Term Project [10] E Lifshitz, I Dag, I Litvin, G Hodes, S Gorer, R Reisfeld, M Zelner, H Minti (1998), “Optical properties of CdSe nanoparticle films prepared by chemical deposition and sol-gel methods”, Chemical Physics Letters 288, 188196 [11] Gerald Gourdin (2007), “Solar Cell Technology”, Introduction to Green Chemistry Fall [12] Gunter Schmith (2004), “Nanoparticles: From theory to application”, WILEYVCH Verlag GmbH & Co KGaA, Weinheim ISBN: 3-527-30507-6 [13] Janne Halme (2002), Dye-sensitized nanostructured and organic photovoltaic cells: technical review and preliminary tests, Helsinki University of Technology [14] Istva´n Robel,Vaidyanathan Subramanian, Masaru Kuno, and Prashant V Kamat (2006), “Quantum Dot Solar Cells Harvesting Light Energy with CdSe Nanocrystals Molecularly Linked to Mesoscopic TiO2 Films”, JACS [15] Iván Mora-Seró, Vlassis Likodimos, Sixto Giménez, Eugenia MartínezFerrero, Josep Albero, Emilio Palomares, Athanassios G Kontos, Polycarpos Falaras, and Juan Bisquert (2010), “Regeneration of CdSe Quantum Dots by Ru Dye in Sensitized TiO Electrodes”, J Phys Chem C XXXX, xxxx, 000 [16] J Chen, D.W Zhao, J.L Song, X.W Sun, W.Q Deng, X.W Liu, W Lei (2009), “Directly assembled CdSe quantum dots on TiO2 in aqueous solution by adjusting pH value for quantum dot sensitized solar cells”, Electrochemistry Communications 11, 2265–2267 [17] Jennifer Hensel, Gongming Wang, Yat Li, and Jin Z Zhang (2010), “Synergistic Effect of CdSe Quantum Dot Sensitization and Nitrogen Doping Huỳnh Lê Thùy Trang Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý of TiO2 Nanostructures 72 for Photoelectrochemical Solar Hydrogen Generation”, Nano Letters [18] Jin Hua Li, Cui Ling Ren, XiaoYan Liu, Zhi De Hu, De Sheng Xue (2007), “ “Green” sunthesis of starch capped CdSe nanoparticles at room temperature”, Materials Science anh Engineering A 458, 319-322 [19] Jin Young Kim, Sung Bum Choi, Jun Hong Noh, Sung HunYoon, Sangwook Lee, Tae Hoon Noh, Arthur J Frank, and Kug Sun Hong (2009), “Synthesis of CdSe-TiO2 Nanocomposites and Their Applications to TiO2 Sensitized Solar Cells”, Langmuir, American Chemical Society [20] Ju-Hyun Ahn, R.S Mane, V V Todkar and Sung-Hwan Han(2007), “Invasion of CdSe Nanoparticles for Photosensitization of Porous TiO2”, Int J Electrochem Sci., 2, 517 – 522 [21] Jun-Ho Yum, Sang-Hyun Choi, Seok-Soon Kim, Dong-Yu Kim, and YungEun Sung (2007), “CdSe Quantum Dots Sensitized TiO2 Electrodes for Photovoltaic Cells”, Journal of the Korean Electrochemical Society Vol 10, No 4, 2007, 257-261 [22] Himani Sharma, Shailesh N Sharma, Gurmeet Singh, S.M Shivaprasad (2005), “Effect of ratios of Cd:Se in CdSe nanoparticles on optical edge shifts and photoluminescence properties”, Physica E 31, 180-186 [23] Hyo Joong Lee, Jiwon Bang, Juwon Park, Sungjee Kim, and Su-Moon Park (2010), “Multilayered Semiconductor (CdS/CdSe/ZnS)-Sensitized TiO2 Mesoporous Solar Cells: All Prepared by Successive Ionic Layer Adsorption and Reaction Processes”, Chem Mater XXXX, XXX, 000–000 Huỳnh Lê Thùy Trang Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý 73 [24] Ke Fan, Min Liu, Tianyou Peng, Liang Ma, Ke Dai (2010), “Effects of paste components on the properties of screen-printed porous TiO2 film for dyesensitized solar cells”, Renewable Energy 35, 555–561 [25] Kevin Tvrdy and Prashant V Kamat (2009), “Substrate Driven Photochemistry of CdSe Quantum Dot Films: Charge Injection and Irreversible Transformations on Oxide Surfaces”, J Phys Chem A , 113, 3765–3772 [26] K Prabakar, S Minkyu, S Inyoung and K Heeje (2009), CdSe quantum dots cosensitized TiO photoelectrodes: particle size dependent properties [27] Khong Cat Cuong1, Trinh Duc Thien1, Pham Thu Nga2, Nguyen Van Minh1, Nguyen Van Hung2 (2009), “Sol-gel synthesis and particle size characterization of CdSe Quantum dots”, Mathematics - Physics 25, 207-211, VNU Journal of Science [28] Lai-Wan Chong, Huei-Ting Chien, Yuh-Lang Lee (2010), “Assembly of CdSe onto mesoporous TiO2 films induced by a self-assembled monolayer for quantum dot-sensitized solar cell applications”, Journal of Power Sources 195, 5109–5113 [29] Liping Liu, Jennifer Hensel, Robert C Fitzmorris, Yadong Li, and Jin Z Zhang (2009), “Preparation and Photoelectrochemical Properties of CdSe/TiO2 Hybrid Mesoporous Structures”, Physical Chemistry [30] M.E Rinc!on, A Jim!enez, A Orihuela, G Martı´nez (2001), "Thermal treatment effects in the photovoltaic conversion of spray-painted TiO2 coatings sensitized by chemically deposited CdSe thin films ", Solar Energy Materials & Solar Cells 70 , 163–173 [31] M.E Rinc´on, O G´omez-Daza, C Corripio, A Orihuela (2001), “Sensitization of screen-printed and spray-painted TiO coatings by chemically deposited CdSe thin films”, Thin Solid Films 389 , 91_98 Huỳnh Lê Thùy Trang Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý 74 [32] M.F Kotkata, A.E Masoud, M.B Mohamed, E.A M ahmoud (2009), “Structural characterization of chemically synthesized CdSe nanoparticles”, Physica E 41, 604-645 [33] M Kavosh Tehrani, S.R Gholamiyankhah, N Tavakkoli and H.Tavallali (2009-2010), “Synthesis and Characterization of CdSe Semiconductor Nanoparticles by Chemical Route”, Word Applied Sciences Journal : 41-44, ISSN 1818-4952 [34] Prashant V Kamat, Quantum Dot Solar Cells Semiconductor Nanocrystals as Light Harvesters, University of Notre Dame Department of Chemistry 235 Radiation Laboratory Notre Dame IN 46556-0579 USA ((;…nano solar cell 1) [35] P Sudhagar, June Hyuk Jung, Suil Park, Yong-Gun Lee, R Sathyamoorthy, Yong Soo Kang, Heejoon Ahn (2009), “The performance of coupled (CdS:CdSe) quantum dot-sensitized TiO2 nanofibrous solar cells”, Electrochemistry Communications 11, 2220–2224 [36] Qing Shen, Dai Arae, Taro Toyoda (2004), “Photosensitization of nanostructured TiO2 with CdSe quantum dots: effects of microstructure and electron transport in TiO2 substrates”, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 164 , 75–80 [37] Quanxin Zhang, Yiduo Zhang, Shuqing Huang, Xiaoming Huang, Yanhong Luo, Qingbo Meng , Dongmei Li (2010), Application of carbon counterelectrode on CdS quantum dot-sensitized solar cells (QDSSCs), Electrochemistry Communications 12, 327–330 [38] Seigo Ito, Takurou N Murakami, Pascal Comte, Paul Liska, Carole Grätzel, Mohammad K Nazeeruddin, Michael Grätzel (2008), “Fabrication of thin film dye sensitized solar cells with solar to electric power conversion efficiency over 10%”, Thin Solid Films 516 , 4613–4619 Huỳnh Lê Thùy Trang Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý 75 [39] Sheng-Qiang Fan, Duckhyun Kim, Jeum-Jong Kim, Dong Woon Jung, Sang Ook Kang, Jaejung Ko (2009), “Highly efficient CdSe quantum-dot-sensitized TiO2 photoelectrodes for solar cell applications”, Electrochemistry Communications 11, 1337–1339 [40] Taro Toyoda, Junya Kobayash, Qing Shen (2008), “Correlation between crystal growth and photosensitization of nanostructured TiO2 electrodes using supporting Ti substrates by self-assembled CdSe quantum dots”, Thin Solid Films 516, 2426–2431 [41] Tzarara Lo´pez-Luke, Abraham Wolcott, Li-ping Xu, Shaowei Chen, Zhenhai Wen, Jinghong Li, Elder De La Rosa, and Jin Z Zhang (2008), “Nitrogen-Doped and CdSe Quantum-Dot-Sensitized Nanocrystalline TiO2 Films for Solar Energy Conversion Applications”, J Phys Chem C , 112, 1282-1292 [42] Prashant V Kamat (2008), “Quantum dots solar cells Semiconductor nanocrytals as light harvesters”, J Phys Chem C,112, 18737-18753 [43] Wolfgang Johann Parak, Liberato Manna, Friedrich Christian Simmel, Daniele Gerion, and Paul Alivisatos, Quantum dots Huỳnh Lê Thùy Trang [...]... cầm lượng tử dẫn đến tính chất quang và điện khác với vật liệu khối đồng thời có thể hấp thụ toàn bộ vùng khả kiến của ánh sáng mặt trời Do đó, mục tiêu đề tài bao gồm: ► Tổng hợp chấm lượng tử CdSe, điều khiển kích thước hạt theo các thông số và phân tích các tính chất quang của hạt nano CdSe Chế tạo màng TiO 2 -CdSe và nghiên cứu tính chất quang của màng Ráp pin mặt trời chấm lượng tử nhạy quang và. .. bằng chấm lượng tử nhằm nâng cao hiệu suất của Pin mặt trời nhạy quang DSC Trong nghiên cứu này chúng tôi sử dụng vật liệu CdSe là đối tượng nghiên cứu chính cho chấm lượng tử và dùng để thay thế chất nhạy quang vì nó dễ dàng Huỳnh Lê Thùy Trang Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý 12 tổng hợp bằng phương pháp colloide ở nhiệt độ thấp và độ rộng vùng cấm CdSe ở dạng vật liệu khối là 1.74eV tương đương 720 nm và bán... sở pin mặt trời chất nhuộm nhạy quang (DSC), thay thế chất màu nhạy quang bằng các chấm lượng tử PMT chấm lượng tử sử dụng vật liệu mesoporous TiO 2 liên kết với chấm lượng tử CdSe (hình 1.9) Chấm lượng tử CdSe được lựa chọn vì phổ phát quang của chấm lượng tử CdSe trong vùng ánh sáng khả kiến từ 400 nm – 700 nm, tại vùng bước sóng này rất thuận lợi cho việc dùng các phương pháp quang phổ để nghiên cứu. .. cứu tính chất quang của vật liệu và nghiên cứu ứng dụng Nền tảng cơ bản cho loại pin này là quá trình ơm b đi ện tử từ vùng dẫn của chấm lượng tử CdSe sang vùng dẫn của TiO 2 khi bị kích thích bởi nguồn sáng Hình 1.9: Quá trình bơm điện tử trong pin mặt trời chấm lượng tử CdSe nhạy quang Ánh sáng được hấp thụ bởi các chấm lượng tử CdSe sẽ kích thích các electron từ trạng thái cơ bản của nguyên tử lên... và khảo sát tính chất điện của pin Huỳnh Lê Thùy Trang Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý 13 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Lý thuyết tổng quan về chấm lượng tử 1.1.1 Vật liệu cấu trúc nano [1] Vật liệu nano là loại vật liệu có kích thước từ 1-100nm với rất nhiều tính chất khác biệt so với vật liệu khối của chúng Vật liệu nano có tính chất đặc biệt là do kích thước của nó có thể so sánh được với kích thước tới hạn của. .. hãm lượng tử có tác dụng rất lớn hình thành nên tính chất đặc trưng của hệ chấm lượng tử Do hiệu ứng suy giảm lượng tử mà cả hai phạm vi hấp thụ và Huỳnh Lê Thùy Trang Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý 17 phát xạ của chấm lượng tử đều dịch về phía có năng lượng cao hơn khi kích thước hạt giảm(hình 1.4) Hình 1.4: Phổ hấp thụ của chấm lượng tử với sự thay đổi kích thước hạt 1.1.2.3 Ảnh hưởng của kích thước từ vật. .. kinh phí, đề tài “ Nghiên cứu chế tạo pin mặt trời trên cơ sở vật liệu TiO 2 và chất màu cơ kim” do TS Nguyễn Thanh Lộc và TS Nguyễn Thế Vinh chủ nhiệm do Sở KHCN TPHCM quản lý, và nhóm Nguyễn Hồng Minh và Nguyễn Đức Nghĩa tại ĐH Bách Khoa Hà Nội phối hợp với Trường ĐH Hanyang Hàn Quốc đã và đang nghiên c ứu theo Huỳnh Lê Thùy Trang Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý 28 hướng PMT chất màu nhạy quang này Đây được... thước từ vật liệu khối đến chấm lượng tử [5,12] Trong phần này, chúng tôi sẽ mô tả ảnh hưởng của sự suy giảm kích thước lên tính chất quang của vật liệu Hình 1.5: (a) Hệ vật rắn khối ba chiều; (b) Hệ hai chiều (Vật liệu màng) ; (c) Hệ một chiều (Dây lượng tử) ; (d) Hệ không chiều (chấm lượng tử) Huỳnh Lê Thùy Trang Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý 18 Đối với hệ ba chiều (vật liệu khối): vật rắn được xem như một... hành đề tài nghiên cứu chế tạo pin mặt trời trên nền tảng vật liệu silic, do PGS TS Đặng Mậu Chiến chủ nhiệm và được quản lý bởi Sở KHCN TP HCM Đối với pin mặt trời trên cơ sở vật liệu tinh thể nano TiO 2 chất nhạy quang thì tại Việt Nam cũng đã có một số dự án trọng điểm nghiên cứu như: đề tài trong điểm ĐHQG TP HCM Pin quang điện hóa trên cơ sở tinh thể nano dioxit titan tẩm chất nhạy quang do PGS... năng lượng của các bước chuyển Vậy chính bước chuyển năng lượng điện tử khi phân tử hấp thụ năng lượng của các bức xạ điện tử đã gây nên hiệu ứng phổ hấp thụ Vì vậy, số liệu của phổ hấp thụ cho phép ta nghiên cứu đặc điểm của các phân tử Huỳnh Lê Thùy Trang Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý 35 1.3.2 Phép đo quang phát quang (PL) Cơ chế phát xạ ánh sáng trong tinh thể bán dẫn có thể được mô tả như sau: Ban đầu, điện ... nên liên kết kim loại-oxit-kim loại, sở cấu trúc cho màng oxit kim loại Phản ứng ngưng tụ diễn theo kiểu: • Ngưng tụ rượu: M(OH)(OR) n-1 + M(OR) n → (OR) n-1 M-O-M(OR) n-1 + ROH • (1.7) Ngưng... M(OH)(OR) n-1 + M(OH)(OR) n-1 → (OR) n-1 M-O-M(OR) n-1 + H O (1.8) Tốc độ thủy phân trình ngưng t ụ ảnh hưởng đến cấu trúc hình dạng oxit kim loại tạo thành Yếu tố ảnh hưởng đến qui trình sol-gel gồm... loại-oxit-kim loại (MO-M) sở cấu trúc cho mạng oxit kim loại, trình tiếp tục hình thành mạng lưới toàn dung dịch  Phản ứng thủy phân (phản ứng 1.6) thay nhóm alkoxide (-OR) liên kết kim loại-alkoxide