NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC NANO TINH THỂ CdTeSe VÀ CURCUMIN, ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG QUANG ĐIỆN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ o0o - Lê Xuân Hùng NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC NANO TINH THỂ CdTeSe VÀ CURCUMIN, ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG QUANG ĐIỆN Chuyên ngành: Quang học Mã số: 9440110 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ Hà Nội - 2018 Cơng trình hồn thành tại: Học viện Khoa học Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Phạm Thu Nga, Viện Khoa học Vật liệu- Viện Hàn lâm KH&CNVN PGS TS Nguyễn Thị Thục Hiền, Viện Nghiên cứu & Phát triển CNC-Đại học Duy Tân Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Thế Bình, ĐH Khoa học Tự nhiên-ĐHQG Hà Nội Phản biện 2: PGS.TS Phạm Văn Hội, Viện Khoa học Vật liệu-Viện Hàn lâm KH&CNVN Phản biện 3: TS Lương Hữu Bắc, Viện Vật lý Kỹ thuật-ĐH Bách khoa Hà Nội Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Học viện, họp Học viện Khoa học Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam vào hồi … ’, ngày … tháng … năm 2019 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Học viện Khoa học Công nghệ - Thư viện Quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦU Trong bối cảnh giới tồn cầu hóa nhu cầu lượng ngày cấp thiết, việc ứng dụng vật liệu tiên tiến vào ngành lượng tái tạo xu chung giới Sự phát triển linh kiện quang điện chia pin mặt trời thành ba hệ Thế hệ pin mặt trời dựa phiến đơn tinh thể Si, có hiệu suất chuyển đổi lượng tương đối cao (~ 25%) Thế hệ pin mặt trời thứ hai dựa công nghệ màng mỏng, có hiệu suất chuyển đổi lượng pin mặt trời tương đối thấp (~20%) Thế hệ pin mặt trời thứ ba pin mặt trời cho hiệu suất chuyển đổi cao với giá thành thấp, nhằm mục đích cải tiến hạn chế hai loại hệ Một vài ví dụ pin mặt trời loại pin mặt trời tăng nhạy sáng chất màu (DSSC), chấm lượng tử (QDSSC), pin mặt trời với chấm lượng tử dạng huyền phù (CQDSSC), pin mặt trời hữu cơ, v.v… Trên lý thuyết, hiệu suất tối đa pin đơn lớp chuyển tiếp tinh thể ~ 33%, giới hạn nhiệt động học Shockley-Queisser đề Hiệu suất chuyển đổi, lý thuyết, QDSSC lên tới 42% nhờ vào hiệu ứng sản sinh nhiều exciton (MEG) chấm lượng tử (quantum dots-QD) Dựa cấu trúc DSSC, QD giới thiệu thay cho chất màu tính chất quang- điện tuyệt vời QDSSC xem chuyển hóa, từ pin mặt trời tăng nhạy màu (DSSC), O’Regan Gratzel báo cáo vào năm 1991 Để đạt hiệu suất cao hơn, chất tăng nhạy QD lí tưởng cần có độ rộng vùng cấm hẹp (1.1-1.4 eV), đáy vùng dẫn nằm cao tương đối so với đáy dẫn TiO2, với độ ổn định cao Mới đây, QD hợp kim (alloy) ba bốn thành phần phương án đầy triển vọng, so với QD làm chất tăng nhạy hai thành phần, tính chất quang điện chúng thay đổi cách kiểm sốt thành phần chúng mà không cần làm thay đổi kích thước hạt, độ rộng vùng cấm chúng có khả thu hẹp so với hệ hai thành phần hiệu ứng “optical bowing” Ngày nay, thử nghiệm để khai thác QD hợp kim với vai trò làm chất tăng nhạy QDSSC, phần lớn nhắm vào QD hợp kim CdTexSe1-x đỉnh hấp thụ mở rộng tới vùng hồng ngoại gần (NIR) Nghiên cứu luận án nghiên cứu mới, việc sử dụng QD hợp kim CdSeTe CdTeSe/ZnSe pin mặt trời Còn Việt Nam chưa có nhóm đề cập đến nghiên cứu chế tạo QD hợp kim ba thành phần CdSeTe đề tài luận án Đây nội dung chủ yếu đề tài Nafosted nhóm nghiên cứu thực Về phương diện pin mặt trời sử dụng chất màu (DSSC), có số cơng trình cơng bố việc sử dụng chất màu tự nhiên làm chất nhạy sáng cho pin mặt trời Đây cố gắng việc sử dụng nguyên liệu “tự nhiên” phục vụ sống Chúng tận dụng hội để nghiên cứu DSSC, nhiên hiệu suất pin thấp Gần đây, S Suresh cộng công bố pin mặt trời sử dụng curcumin với hiệu suất 0,13%, S.J Yoon cộng đưa hiệu suất pin khoảng 0,11% sử dụng curcumin lên 0,91% sử dụng hỗn hợp curcumin với K2CO3 Rất gần (6/2017), Khalil Ebrahim Jasim đồng nghiệp, công bố pin mặt trời sử dụng chất màu curcumin tự nhiên đạt hiệu suất 0,41% Các QD thường chế tạo môi trường hữu nên thường xuất sai hỏng bề mặt liên kết treo làm giảm hiệu suất phát quang vật liệu Do QD thường bọc lớp vỏ vơ nhằm thụ động hóa bề mặt, để nâng cao hiệu suất phát quang Cùng với mục đích bảo vệ bề mặt, QD CdTeSe bọc với lớp vỏ khác nhau, ví dụ bọc lớp vỏ với độ rộng vùng cấm lớn CdS, ZnS Bên cạnh QD bọc với lớp đệm lớp vỏ CdS/ZnS nhằm hạn chế tối đa sai hỏng mạng, bọc lớp vỏ với ba thành phần CdZnS Trong nghiên cứu luận án này, tiến hành bọc vỏ cho QD CdTeSe lớp vỏ ZnSe ZnTe, chất bán dẫn mà chưa có tác giả cơng bố, cho mục đích định hướng ứng dụng QD làm chất hấp thụ ánh sáng pin mặt trời Với chất màu tự nhiên, theo xu hướng sử dụng lượng xanh vào mục đích phục vụ người, Zhou cộng công bố vào năm 2011, nêu kết việc dùng 20 chất màu tự nhiên khác nhau, làm chất tăng nhạy pin mặt trời, với cấu trúc pin đơn giản Những năm gần đây, nhà khoa học quan tâm khai thác curcumin chất màu, nhằm ứng dụng pin mặt trời với hy vọng thử nghiệm chế tạo pin mặt trời theo cách đơn giản nhất, để thu dòng điện từ mặt trời nguồn thiên nhiên Các chấm lượng tử CdTeSe curcumin xem chất màu nhạy sáng sử dụng pin mặt trời hệ thứ ba Việc nghiên cứu chế tạo khảo sát tính chất quang chất màu nhạy sáng chất màu tự nhiên curcumin loại thay chất màu nhạy sáng pin mặt trời hệ chấm lượng tử CdTeSe, nhằm giúp hiểu sâu vật liệu để ứng dụng vào linh kiện Nhìn chung đối tượng nghiên cứu hướng đến loại chất nhạy sáng dùng cho pin mặt trời Trong thực tế bối cảnh trên, tiến hành thực đề tài nghiên cứu luận án là: Nghiên cứu chế tạo tính chất quang nano tinh thể CdTeSe Curcumin, định hướng ứng dụng quang điện Tính nội dung nghiên cứu luận án là: i) nghiên cứu chế tạo QD CdTeSe mơi trường ODE-OA, nhiệt độ thích hợp (260 oC), nhiệt độ tìm ra, thời điểm với cơng bố nhiệt độ tối ưu dùng cho phương pháp chế tạo tương tự dùng phương pháp tán xạ Raman để khảo sát biến đổi thành phần QD hợp kim CdTeSe nhiệt độ chế tạo khác nhau, thời gian nuôi tinh thể 10 ii) khảo sát cấu trúc tính chất quang QD lõi CdTeSe bọc lớp vỏ ZnSe ZnTe iii) kết khảo sát đơn chấm QD CdTeSe/ZnSe cho thấy thời gian sống đơn chấm khoảng 100 ns chu kỳ không phát quang (trạng thái “off”) quan sát, chúng chiếm 20% toàn thời gian iv) Lần Việt Nam, nghiên cứu chiết tách curcumin từ củ nghệ vàng thu hoạch từ vùng miền khác nhau, nghiên cứu cách có hệ thống tính chất chất mầu này, dạng tinh thể dạng lỏng Bằng phương pháp Raman, phân biệt khác curcumin chiết tách từ nghệ vàng tự nhiên curcumin tổng hợp hóa học v) thử nghiệm chế tạo pin mặt trời dùng QD curcumin Với pin dùng curcumin làm chất mầu tăng nhậy sáng, hiệu suất chuyển đổi đạt giá trị công bố quốc tế 6/2017 0,4 % Bố cục luận án: Với nội dung trên, bố cục luận án, mở đầu kết luận, phân thành chương, gồm 148 trang 81 hình 14 bảng biểu Các kết của luận án đăng tạp chí quốc tế, tạp chí khoa học quốc gia báo cáo hội nghị quốc tế quốc gia CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NANO TINH THỂ BÁN DẪN VÀ PIN MẶT TRỜI SỬ DỤNG CHẤM LƯỢNG TỬ LÀM CHẤT NHẬY SÁNG 1.1 Các nano tinh thể bán dẫn chấm lượng tử chấm lượng tử hợp kim ba thành phần Các QD hai thành thể rõ lượng tử hóa mức lượng làm mở rộng vùng cấm kích thước QD giảm đến kích thước nm Với QD ba thành phần, tính chất quang ngồi phụ thuộc kích thước thì chúng phụ thuộc vào thành phần cấu thành QD Sự phụ thuộc không tuyến tính tính chất quang vào thành phần số QD gọi hiệu ứng optical bowing 1.2 Tổng quan chất màu tự nhiên curcumin Curcumin chiết suất từ củ nghệ vàng gồm có ba thành phần curcumin demetoxycurcumin (curcumin II), bisdemetoxycurcumin (curcumin III) curcumin đóng vai trò màu sắc cho hợp chất đặc trưng màu vàng đến sáng màu cam chúng Tính chất quang tính chất hóa lý chất curcumin nêu cụ thể chương 1.3 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động thông số ảnh hưởng đến hiệu suất pin mặt trời Cấu trúc pin mặt trời dùng chất nhạy sáng giới thiệu Mơ hình vận chuyển điện tích thơng số ảnh hưởng đến hiệu suất pin đưa nhằm tìm điều kiện tối ưu để chế tạo linh kiện CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO VẬT LIỆU VÀ CÁC KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM 2.1 Chế tạo chấm lượng tử CdTeSe cấu trúc lõi/vỏ CdTeSe/ZnSe (ZnTe) Toàn quy trình chế tạo QD mơi trường ODE-OA tóm tắt sơ đồ hình 2.1 Hình 2.1 Sơ đồ chế tạo QD CdTeSe môi trường ODE-OA Quy trình bọc vỏ ZnSe ZnTe cho CdTeSe tương tự theo sơ đồ hình 2.3 Hình 2.3 Sơ đồ chế tạo QD lõi/vỏ môi trường ODE 2.2 Chế tạo curcumin từ củ nghệ vàng Việt Nam Các giai đoạn q trình tách chiết curcumin trình bày hình 2.6 tóm tắt sau: Hình 2.6 Sơ đồ tách chiết Curcumin từ củ nghệ vàng 2.3 Các phương pháp vật lý sử dụng nghiên cứu Trình bày cách tóm tắt nguyên lý kỹ thuật thực nghiệm sử dụng nghiên cứu luận án Đó phương pháp: chụp ảnh TEM, SEM, xác định kích thước hạt phần mềm Image J, nhiễu xạ tia X, phương pháp đo phổ hấp thụ, phương pháp ghi phổ huỳnh quang, nghiên cứu đặc trưng dao động vật liệu phép đô Raman, đo hiệu suất lượng tử khảo sát đường cong huỳnh quang tắt dần thời gian sống mức exciton 1SeSh3/2 2.4 Chế tạo linh kiện pin mặt trời sử dụng chấm lượng tử chất màu curcumin làm chất nhạy sáng Một pin mặt trời dùng chất nhạy sáng gồm ba thành phần là: điện cực làm việc, chất điện ly điện cực đối Điện cực làm việc, gọi điện cực quang (photoelectrode) hay anốt quang (photoanode), chế tạo cách lắng đọng lớp vật liệu nano tinh thể bán dẫn có kích thước cở 2-50nm (sử dụng nhiều TiO2) lên bề mặt dẫn điện (thường thủy tinh ITO FTO), sau lớp hấp thụ phân tán vào vật liệu bán dẫn Chất điện ly thường chất lỏng chứa cặp oxi hóa khử lắp đầy điện cực làm việc điện cực đối để truyền tải hạt tải điện Điện cực đối thường lớp thủy tinh dẫn điện phủ lớp chất xúc tác (Pt, Au, Cu2S MWCNT), để trao đổi điện tích điện cực đối chất điện ly Tồn quy trình chế tạo đưa sơ đồ hình 2.8 Hình 2.8 Sơ đồ chế tạo pin mặt trời sử dụng chất nhạy sáng Kết nghiên cứu phủ màng TiO2 điện cực quang Ảnh SEM bề mặt màng TiO2 chế tạo sau nung 450 oC 30 phút, với độ phân giải khác cho thấy: bề mặt màng TiO2 đồng đều, không xuất vết bong, nứt (hình 2.9a) Ảnh SEM bề mặt lớp màng TiO2 (hình 2.9b) cho thấy hạt TiO2 kết dính với tạo nên cấu trúc xốp, giúp hấp thụ tốt chất màu QD (a) (b) (d) (c) 8,93µm 16,5µm Hình 2.9 Ảnh bề mặt màng TiO2 với độ phóng đại 35 lần (a),50000 lần (b) ảnh mặt cắt màng TiO2 lần phủ (c), lần phủ (d) chụp ảnh SEM Ảnh SEM bề mặt mặt cắt màng TiO2 phủ kỹ thuật Doctor-Blade cho thấy với với lần phủ chiều dày màng 8,93 µm (hình 2.9c) lần phủ chiều dày màng khoảng 16,5 µm (hình 2.9d) Như vậy, kỹ thuật Doctor – Blade với lần phủ, kết cho thấy màng TiO2 chế tạo phù hợp làm điện cực anode – quang pin mặt trời Kết nghiên cứu màng MWCNT–TiO2 điện cực đối SEM (a) (b) TiO2 Hình 2.10 Ảnh mặt cắt màng MWCNT – TiO2 điện cực đối Ảnh SEM cho thấy, độ dày màng vào khoảng 20,4 µm, liên kết màng MWCNT–TiO2 lớp FTO kính thủy tinh tốt Các MWCNT liên kết với liên kết với hạt TiO2, màng tạo thành có độ xốp cao giúp trình khuếch tán chất điện ly vào sâu bên màng CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN VỀ CÁC CHẤM LƯỢNG TỬ CdTeSe CẤU TRÚC LÕI VÀ LÕI/VỎ 3.1 Các chấm lượng tử CdTeSe chế tạo theo tỉ lệ chất ban đầu khác Để đánh giá hình thành QD hợp kim ba thành phần CdTeSe, tiến hành ghi phổ Raman mẫu có tỷ lệ mol ban đầu khác nhau, theo phương pháp chế tạo sơ đồ hình 2.1 Hình 3.2 phổ Raman QD CdTe, QD ba thành phần chế tạo theo hai tỷ lệ chất ban đầu khác Phổ Raman QD xuất hai dải rộng 150÷220 cm-1 300÷400 cm-1 Các QD chế tạo với tỷ lệ mol Cd:(Te:Se) = 1:(1,8:1,8) xuất đỉnh Raman nằm 159 cm-1, đỉnh đặc trưng cho mode dao động phonon quang dọc (LO) CdTe (CdTe-like) Khi QD chế tạo với tỷ lệ mol Cd:(Te: Se) = 10:(1:1), bên cạnh đỉnh Raman 159 cm-1 xuất thêm vai 188 cm-1; vạch đặc trưng cho mode dao động phonon quang dọc (LO) CdSe (CdSe-like) Phổ hấp thụ huỳnh quang mẫu ứng với tỷ lệ mol khác đưa hình 3.3 Từ hình 3.3, ta quan sát thấy đỉnh hấp thụ exciton tương ứng với chuyển dời hấp thụ 1Sh3/2 → 1Se Phổ huỳnh quang mẫu có cực đại bước sóng 680 nm 668 nm tương ương với tỷ lệ mol 1:(1,8:1,8) 10:(1:1) Độ bán rộng phổ (FWHM) mẫu 57 nm 50 nm, hẹp so với báo cáo QD loại phát vùng hồng ngoại Kết cho thấy QD chúng tơi tạo có chất lượng tốt Hình 3.2 Phổ Raman QD CdTeSe với tỷ lệ mol ban đầu khác Hình 3.3 Phổ hấp thụ huỳnh quang mẫu có tỷ lệ mol chất ban đầu khác Như vậy, tỷ lệ mol chất ban đầu 1:(1,8:1,8), hệ có xu hướng tạo QD giàu CdTe Điều giải thích sau: điều kiện nuôi QD, phản ứng nguyên tố Te với Cd nhanh nhiều so với nguyên tố Se với Cd Do khác phản ứng mà tốc độ phát triển CdTe nhanh gấp lần so với CdSe Khi tỷ lệ mol chất ban đầu 10:(1:1) q trình phản ứng ln dư Cd nên ion Se có hội tham gia phản ứng để tạo QD hợp kim ba thành phần CdTeSe 3.2 Ảnh hưởng nhiệt độ ni đến tính chất chấm lượng tử 3.2.1 Hình thái học cấu trúc tinh thể Hình 3.4 trình bày phổ nhiễu xạ tia X QD CdTeSe chế tạo theo sơ đồ hình 2.1, mơi trường ODE-OA, tỷ lệ chất ban đầu 10:(1:1), nuôi nhiệt độ khác nhau, từ 180 oC tới 280 oC, thời gian 10 phút Các giản đồ nhiểu xạ tia X, cho thấy tất đỉnh nhiễu xạ bị mở rộng so với vật liệu khối thành phần Điều cho thấy QD chế tạo có kích thước nm Vị trí cực đại đỉnh này, nằm Hình 3.4 Giản đồ nhiểu xạ tia X QD chế tạo nhiệt độ khác mơi trường có vị trí đỉnh với cường độ mạnh, OLA đỉnh tương ứng với vạch nhiễu xạ phiếu chuẩn hai pha tinh thể CdTe-zb CdSe-zb Việc xuất đỉnh nằm đỉnh tương ứng hai pha tinh thể CdTe CdSe, chứng tỏ QD ba thành phần CdTeSe hình thành Từ phổ Raman (hình 3.5a) ứng với QD ni nhiệt độ khác cho thấy, phổ xuất hai dải phổ dao động nằm 140÷220 cm-1 300÷400 cm-1 Dải phổ vùng 140÷220 cm-1 QD dải kép, mà mẫu ni nhiệt độ thấp ta thấy đỉnh tần số 159 cm-1 chiếm ưu thế, với cường độ lớn Ta quan sát thấy bờ vai thứ hai nằm ~188 cm-1 Khi nhiệt độ nuôi QD mẫu tăng lên dần dần, từ 200 oC tới 240 oC, cường độ bờ vai tăng dần lên, thành đỉnh kép Phổ Raman mẫu nuôi nhiệt độ cao ta quan sát thấy rõ tách thành đỉnh rõ ràng, đỉnh mà cực đại ứng với số sóng 159 cm-1, đỉnh thứ hai 188 cm-1 Như vậy, mẫu QD CdTeSe chế tạo nhiệt độ cao hơn, cường độ vạch 188 cm-1 tăng lên, là nhiệt độ nuôi mẫu QD tăng lên, lượng Cd-Se hình thành nhiều CdTeSe, dẫn đến cường độ đỉnh tăng lên Khi nhiệt độ tăng lên 260 oC 280 oC độ lớn tỷ lệ không thay đổi, tỷ lệ cường độ LO2/LO1 khơng tăng (hình 3.5b) Từ đây, chọn nhiệt độ tối ưu để nuôi QD CdTeSe 260 oC, nhiệt độ nhiệt độ tối ưu việc chế tạo QD CdTeSe sau Hình 3.5 Phổ Raman QD chế tạo nhiệt độ khác (a), tỷ số cường độ vạch LO2 (188 cm-1) với LO1 (159 cm-1) làm khớp (b) Từ ảnh TEM mẫu 260 oC (hình 3.6) cho thấy QD có dạng tròn khơng mà có xu hướng thn dài, hạt có kích thước 6÷7 nm chiếm chủ yếu Kết tính tốn cho ta kích thước trung bình 6,3 nm 3.2.2 Các phổ hấp thụ huỳnh quang Phổ hấp thụ huỳnh quang mẫu phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ chế tạo, thể hình 3.7 3.8 Quan sát phổ hấp thụ cho thấy: xu hướng chung Hình 3.7 Phổ hấp thụ QD chế tạo nhiệt độ khác từ 180 oC đến 280 oC Hình 3.6 Ảnh TEM QD CdTeSe chế tạo 260 oC Hình 3.8 Phổ huỳnh quang QD chế tạo nhiệt độ khác từ 180 oC đến 280 oC 12 vị trí cực đại huỳnh quang thay đổi thay đổi cách khơng tuyến tính (còn gọi hiệu ứng bẻ cong quang học- bowing optical) Hiệu suất lượng tử mẫu chế tạo cao, có nhiều mẫu lên tới 50%, mẫu có hiệu suất tốt mẫu có hàm lượng x = 0,5 0,6 (bảng 3.2) Bên cạnh đó, độ bán rộng phổ giảm nồng độ Te tăng lên (hình 3.18b) Hình 3.16 Phổ hấp thụ QD CdTexSe1-x chế tạo 260 oC 10 phút với hàm lượng Te thay đổi từ 0,2 tới 0,8 Hình 3.17 Phổ huỳnh quang QD CdTexSe1-x (x = 0,2; 0,4; 0,5; 0,6; 0,8) chế tạo 260 oC 10 phút bước sóng kích thích 532 nm Hình 3.18 Sự phụ thuộc vị trí cực đại huỳnh quang, bờ hấp thụ (a), độ bán rộng (b) vào thành phần Te QD CdTexSe1-x chế tạo 260 oC 10 phút Kết hợp kết thấy rằng, QD ba thành phần mà chế tạo đồng nhất, kết tinh đơn pha tinh thể lập phương giả kẽm (zb), có hiệu suất phát quang cao Mẫu có hiệu suất phát quang tốt nằm phía hồng ngoại có thành phần x = 0,5 0,6, phù hợp cho việc dùng làm chất nhạy sáng cho linh kiện pin mặt trời Bảng 3.2 Thông số huỳnh quang QD có thành phần Te thay đổi Tên mẫu CdTe0,2Se0,8 CdTe0,4Se0,6 CdTe0,5Se0,5 CdTe0,6Se0,4 CdTe0,8Se0,2 max (nm) 731 742 756 731 720 FWHM (nm) 117 90 88 87 69 QY (%) 24,9 41,0 52,6 53,4 27,1 3.4 Ảnh hưởng chiều dày lớp vỏ đến tính chất chấm lượng tử cấu trúc lõi/vỏ CdTeSe/ZnSe (ZnTe) 3.4.1 Các QD lõi/vỏ CdTeSe/ZnSe 13 Với mẫu lõi CdTeSe, giản đồ nhiễu xạ tia X xuất ba vạch nhiễu xạ mà đỉnh tương ứng với khoảng cách mặt mạng 3,616; 2,241 1,908 ứng với mặt mạng (111); (220); (311) cho thấy QD có cấu trúc tinh thể pha lập phương giả kẽm (zinc blend - zb) (19-191 15770 ứng với CdTe CdSe) Khi bọc với lớp vỏ ZnSe ML, giản đổ xuất vạch nhiễu xạ, vị trí hai đỉnh góc 2 lớn bị dịch chuyển chút phía giá trị 2 lớn (xem hình 3.19) Điều cho thấy lớp vỏ ZnSe hình thành lên cấu trúc lõi khơng làm thay đổi cấu trúc tinh thể zb CdTeSe lõi Cũng liên quan đến việc ion Se cấy vào bên lõi trình bọc vỏ Hình 3.19 Giản đồ nhiễu xạ QD lõi CdTeSe lõi/vỏ CdTeSe/ZnSe 2ML chế tạo 260 oC (10 phút) Các vạch nhiễu xạ vật liệu khối cho zb-CdSe zb-CdSe đưa Hình 3.20 Phổ Raman QD lõi CdTeSe lõi vỏ CdTeSe/ZnSe có độ dày khác Khi chưa bọc vỏ, phổ Raman mẫu lõi xuất hai vạch dao động đỉnh 159 cm-1 188 cm-1 tương như mẫu chế tạo theo thành phần Te 0,5 phần trước Khi bọc lớp vỏ mỏng 1ML phổ bắt đầu xuất thay đổi: vạch đặc trưng cho dao động LO CdSe thay đổi vị trí từ 188 cm-1 chuyển đến 200 cm-1, cường độ vạch đặc trưng cho dao động CdTe giảm xuống Bên cạnh xuất vạch mờ 250 cm-1, vạch đặc trưng cho ZnSe Khi lớp vỏ bọc dày lên 2, 4, ML vạch đặc trưng cho CdTe biến mất, thay vào cường độ vạch ZnSe 250 cm-1 có tăng lên khơng nhiều Kích thước trung bình (theo chiều dài) hạt lõi CdTeSe khoảng 6,3 nm, tăng lên 8,3 nm bọc vỏ ZnSe ML Hình dạng QD mà chế tạo tương tự quan sát thấy kết Bailey R E cộng Hình 3.21 Ảnh TEM QD lõi CdTeSe (a) lõi/vỏ CdTeSe/ZnSe 2ML (b) Bờ hấp thụ mẫu lõi CdTese nằm khoảng 820 nm, quan sát thấy hình 3.22 Khi bọc vỏ ZnSe bờ hấp thụ dịch phía bước sóng dài hơn, lên 905 nm với lớp vỏ dày 6ML 14 Hình 3.22 Phổ hấp thụ QD lõi CdTeSe lõi/vỏ Hình 3.23 Phổ phát quang QD lõi CdTeSe lõi/vỏ CdTeSe/ZnSe nML (với n = 1, 2, 4, 6) CdTeSe/ZnSe nML (với n =1, 2, 4, ML) Phổ phát quang mẫu lõi CdTeSe dải phát xạ rộng với cực đại nằm 760 nm (hình 3.23) Khi phủ lớp vỏ ZnSe với độ dày tăng lên cực đại xạ có dịch chuyển đỏ phía bước sóng dài, từ 803 nm lên 882 nm, thống kê bảng 3.3 Hiệu suất lượng tử tăng lên bọc lớp vỏ mỏng ML, tăng độ dày lớp vỏ lên hiệu suất lượng tử bắt đầu giảm Sự dịch đỏ phổ huỳnh quang tăng chiều dày lớp vỏ giải thích A.M Smith cơng bố tạp chí Nature Nanotechnology Khi phát triển lớp vỏ mỏng (1ML), lớp lõi bị nén nhẹ số mạng bị lệch nhẹ Vì thay đổi đồng thời lớp lõi vỏ, nên có khác biệt nhỏ lượng vùng dẫn lõi vỏ khiến cho hàm sóng điện tử lan truyền toàn nano tinh thể Khi phát triển lớp vỏ dày hơn, làm tăng lượng vùng dẫn lõi giảm lượng vùng dẫn vỏ Do đó, chênh lệch vùng tăng lên điện tử dịch chuyển hầu hết lớp vỏ, hình thành cấu trúc loại II, dẫn đến dịch mạnh đỉnh phổ huỳnh quang QD Bảng 3.3 Thông số huỳnh quang QD lõi/vỏ CdTeSe/ZnSe nML (với n =0, 1, 2, 4, ML) Tên mẫu CdTeSe CdTeSe/ZnSe 1ML CdTeSe/ZnSe 2ML CdTeSe/ZnSe 4ML CdTeSe/ZnSe 6ML max (nm) 760 803 842 863 882 FWHM (nm) 116 130 141 153 153 QY (%) 44,9 56,7 28,4 7,7 2,7 3.4.2 Các QD lõi/vỏ CdTeSe/ZnTe Cũng giống hệ mẫu bọc vỏ ZnSe, hệ mẫu bọc vỏ ZnTe, chưa bọc vỏ mẫu lõi xuất hai đỉnh 159 cm-1 188 cm-1 đăc trưng cho mode dao động CdTe CdSe phần trước (hình 3.25) Mặt khác lớp vỏ ZnTe hình thành cạnh tranh với lớp vỏ CdTe, chứng phổ Raman xuất vạch ZnTe 205 cm-1, cường độ yếu Kết chứng tỏ rằng, lớp vỏ ZnTe hình thành, với lượng nhỏ Hình 3.25 Phổ Raman QD lõi/vỏ CdTeSe/ZnTe nML (với n = 0, 1, 2, 4, 6) 15 Xu hướng chung quan sát phổ hấp thụ (hình 3.26) bờ hấp thụ QD dịch xa phía bước sóng dài QD bọc vỏ ZnTe dày Trong mẫu đỉnh phổ hấp thụ khơng rõ ràng, vật liệu ba thành phần lượng khe vùng khơng phụ thuộc vào hình dạng kích thước QD mà phụ thuộc vào thành phần chúng Hình 3.26 Phổ hấp thụ QD lõi/vỏ CdTeSe/ZnTe nML (với n = 0, 1, 2, 4, 6) Hình 3.27 Phổ huỳnh quang QD lõi lõi/ vỏ CdTeSe/ZnTe có độ dày lớp vỏ khác Phổ huỳnh quang mẫu có chiều dày lớp vỏ tăng bị dịch phía bước sóng dài (hình 3.27) Sự dịch đỏ phổ tương đối lớn từ 763 nm lên gần 900 nm lớp vỏ ZnTe tăng dần lên đến ML Trong trường hợp bọc vỏ ZnTe, hiệu suất lượng tử giảm, điều q trình bọc lớp vỏ tạo nhiều bẫy điện tử hình thành sai hỏng mạng tinh thể, nên làm giảm hiệu suất tái hợp điện tử-lỗ trống, làm giảm hiệu suất phát quang giảm (bảng 3.4) Bảng 3.4 Thông số huỳnh quang QD lõi/vỏ CdTeSe/ZnTe nML (với n =0, 1, 2, 4, ML) Tên mẫu CdTeSe CdTeSe/ZnTe 1ML CdTeSe/ZnTe 2ML CdTeSe/ZnTe 4ML CdTeSe/ZnTe 6ML max (nm) 763 785 812 829 900 FWHM (nm) 105 114 132 150 160 QY (%) 40,5 18,9 15,6 3,0 1,6 3.4.3 Thời gian sống phát xạ exciton QD lõi/vỏ CdTeSe/ZnSe, CdTeSe/ZnTe tượng nhấp nháy huỳnh quang đơn chấm 3.4.3.1 Thời gian sống phát xạ exciton QD Hình 3.28 đường cong huỳnh quang tắt dần QD lõi/vỏ CdTeSe/ZnSe với chiều dày lớp vỏ thay đổi từ ML đên ML, kết làm khớp đường cong thực nghiệm với lý thuyết kết cho bảng 3.5 Mẫu lõi có thời gian sống dài, bọc vỏ dày thời gian sống giảm nhanh Sự giảm nhanh huỳnh quang tắt dần bọc với lớp vỏ dày suất trạng thái bề mặt lớn dẫn đến mát điện tử 16 Hình 3.28 Các dường cong huỳnh quang tắt dần hệ mẫu lõi vỏ CdTeSe/ZnSe nML với n= 0, 1, 2, 4, ML Hình 3.29 Đường cong huỳnh quang tắt dần hệ mẫu lõi vỏ CdTeSe/ZnTe nML với n= 0, 1, 2, ML Bảng 3.5 Thời gian sống làm khớp đường cong suy giảm thời gian mẫu QD lõi CdTeSe lõi/vỏ CdTeSe/ZnSe có chiều dày lớp vỏ thay đổi Mẫu CdTeSe 1 (ns) 2 (ns) 4,9 53,5 CdTeSe/ZnSe 1ML 3,8 47 CdTeSe/ZnSe 2ML 3,1 6,17,6 CdTeSe/ZnSe CdTeSe/ZnSe 4ML 6ML 1,7 2,3 12,7 9,5 Đường cong huỳnh quang tắt dần QD CdTeSe bọc vỏ ZnTe với chiều dày thay đổi đưa hình 3.29 Khi bọc vỏ ZnTe ta quan sát thấy suy giảm huỳnh quang theo thời gian chia làm hai đoạn Khoảng thời gian đầu, huỳnh quang giảm nhanh khoảng sau giảm chậm ổn định Kết làm khớp đường cong thực nghiệm với lý thuyết cho ta kết bảng 3.6 Bảng 3.6 Thời gian sống làm khớp đường cong suy giảm thời gian mẫu QD lõi CdTeSe lõi/vỏ CdTeSe/ZnTe có chiều dày lớp vỏ thay đổi Mẫu CdTeSe 1 (ns) 2 (ns) 2,8 52,3 CdTeSe/ZnTe 1ML 1,0 16,2 CdTeSe/ZnTe 2ML 1,1 10,7 CdTeSe/ZnTe 4ML 0,9 7,2 3.4.3.2 Tính chất nhấp nháy huỳnh quang đơn chấm CdTeSe/ZnSe 2ML Chúng khảo sát nhấp nháy huỳnh quang cách quan sát phát huỳnh quang QD sau ngừng kích thích Các nano tinh thể CdTeSe/ZnSe thu xạ đơn photon, phần lớn xạ đa exciton bị dập tắt bới tái hợp Auger Các đỉnh phụ lại phát quang tự phát bề mặt, phát xạ nhẹ xạ đa exciton Hình 3.30 Đường tự động hiệu chỉnh cường độ huỳnh quang QD CdTeSe/ZnSe riêng biệt Hình 3.31 Đường cong suy giảm huỳnh quang đơn chấm CdTeSe/ZnSe 17 Hình 3.31 đưa đồ thị đường cong suy giảm huỳnh quang cho đơn chấm Đường cong giảm huỳnh quang QD gần với hàm mũ đơn với thời gian suy giảm 110 ns Sự ổn định xác nhận cách khảo sát biến đổi cường độ đơn Hình 3.32 Mối tương quan cường độ - thời gian chấm điển hình (hình 3.32) Một số QD CdTeSe/ZnSe chu kỳ không phát quang (trạng thái “off”) quan sát, chúng chiếm 20% tồn thời gian 10% so với QD khác Trong suốt chu kỳ “on” phát xạ ổn định 3.5 Tính chất quang QD biến đổi bề mặt So sánh với mẫu phân tán môi trường toluen, mẫu sau biến đổi bề mặt MPA, cực đại xạ dịch phía bước sóng ngắn khoảng 25 đến 30 nm Với QD lõi vỏ, cực đại xạ có dịch phía bước sóng ngắn lớn, lên đến gần 60 nm Hình 3.34 Phổ huỳnh quang QD CdTeSe với thành phần Te thay đổi phân tán nước sau biến đổi bề mặt với MPA Hình 3.35 Phổ huỳnh quang QD lõi/vỏ CdTeSe/ZnSe phân tán nước sau biến đổi bề mặt với MPA 3.6 Kết đo thông số pin mặt trời thử nghiệm chế tạo dùng QD làm chất nhạy sáng Sau biến đổi bề mặt tiến hành lắng động chất nhạy sáng lên điện cực quang linh kiện Chất nhạy sáng sử dụng QD hợp kim ba thành phần CdTeSe chế tạo, biết đổi bề mặt, phân tán môi trường nước chất màu tự nhiên curcumin chiết suất từ củ nghệ vàng Việt Nam Sau điện cực đem tráng rửa dung môi để loại bỏ chất khơng dính kết trước tiến hành lắp ráp thành linh kiện pin mặt trời hồn chỉnh để đo thơng số Hình 3.36 Một số hình ảnh pin mặt trời mà chế tạo 18 3.6.1 Ảnh hưởng khoảng cách hai điển cực lên thông số pin Đường đặc trưng J-V pin mặt trời có khoảng cách hai điện cực thay đổi dùng chất nhạy sáng QD trình bày hình 3.36 kết thông số linh kiện bảng 3.7 Hình 3.37 Đường đặc trưng J-V pin mặt trời dùng chất nhạy sáng QD với khoảng cách hai điện cực thay đổi Hình 3.38 Đường đặc trưng J-V pin mặt trời dùng chất nhạy sáng QD có thành phần Te thay đổi Bảng 3.7 Bảng thông số đặc trưng pin mặt trời với khoảng cách hai điện cực thay đổi Khoảng cách hai Jsc Voc (V) điện cực (mA/cm2) 42 µm 0,36 0,16 70 µm 0,30 0,26 110 µm 0,28 0,15 140 µm 0,24 0,05 Vmax Jmax (V) (mA/cm2) 0,22 0,12 0,21 0,17 0,21 0,11 0,15 0,03 FF (%) 45,8 40,9 43,0 41,7 PCE (%) 0,026 0,036 0,024 0,005 Khoảng cách tối ưu hai điện cực 70 µm, ứng với hiệu suất thơng sơ pin cao 3.6.2 Kết đo thông số pin thành phần Te QD CdTeSe thay đổi Pin mặt trời sử dụng chất nhạy sáng QD lõi có thành phần Te thay đổi, hiệu suất chuyển đổi pin mặt trời cao tương ứng với 0,058% 0,06% (bảng 3.8) Với thành phần Te 0,5 hệ số lấp đầy với hở mạch mẫu thấp so với công bố gần Bảng 3.8 Bảng thông số đặc trưng pin mặt trời sử dụng QD với thành phần Te thay đổi Chất nhạy sáng CdTe0,2Se0,8 CdTe0,4Se0,6 CdTe0,5Se0,5 CdTe0,6Se0,4 CdTe0,8Se0,2 Voc Jsc (V) (mA/cm2) 0.34 0.11 0.36 0.13 0.29 0.57 0.45 0.26 0.34 0.24 Vmax (V) 0.22 0.23 0.16 0.30 0.22 Jmax (mA/cm2) 0.09 0.09 0.36 0.20 0.16 FF (%) 52.7 44.5 35.0 51.3 43.1 PCE (%) 0.019 0.021 0.058 0.060 0.035 3.6.3 Pin mặt trời chất nhạy sáng QD lõi vỏ Với pin mặt trời dùng loại QD có lớp vỏ ZnSe với độ dày lớp vỏ 1ML ML Các thông số pin với loại vỏ độ dày lớp vỏ khác liệt kê bảng 3.9 Kết cho thấy hiệu suất tăng lên rõ rệt (từ 0,056% lên 0,185%) bọc lớp vỏ ZnSe có chiều dày 1ML, nhiên chiều dày lớp vỏ tăng lên 2ML hiệu suất giảm xuống 0,147% 19 Hình 3.39 Đường đặc trưng J-V pin mặt trời sử dụng chất nhạy sáng QD lõi/vỏ CdSeTe/ZnSe nML với n = 0, 1, Hình 3.40 Đường đặc trưng J-V pin mặt trời sử dụng chất nhạy sáng là QD lõi/vỏ CdSeTe/ZnTe nML với n = 0, 1, Pin mặt trời sử dụng chất nhạy sáng QD lõi CdTeSe lõi vỏ CdTeSe/ZnTe ML có hiệu suất chuyển không mẫu bọc vỏ ZnSe Đồng thời, bọc vỏ ZnTe cho lõi với độ dày khác hiệu suất chuyển đổi giảm nhanh (bảng 3.9) Bảng 3.9 Các thông số đặc trưng pin mặt trời với QD lõi/vỏ khác Chất nhạy sáng CdTeSe CdTeSe/ZnSe 1ML CdTeSe/ZnSe 2ML CdTeSe CdTeSe/ZnTe 1ML CdTeSe/ZnTe 2ML Voc Jsc (V) (mA/cm2) 0.28 0.57 0.36 1.08 0.36 0.92 0.42 0.14 0.38 0.08 0.12 0.08 Vmax Jmax (V) (mA/cm2) 0.19 0.30 0.21 0.88 0.23 0.64 0.31 0.09 0.25 0.06 0.08 0.05 FF 35.4 47.5 44.4 47.8 47.0 43.3 PCE (%) 0.056 0.185 0.147 0.027 0.015 0.004 CHƯƠNG CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ CHẤT MÀU TỰ NHIÊN CURCUMIN 4.1 Nghiên cứu Nhận dạng pha kết tinh tinh thể curcumin Tất mẫu chế tạo có cực đại nhiễu xạ trùng ứng thể bảng 4.1 Có thể thấy giản đồ XRD, số vạch nhiễu xạ pha tinh thể curcumin trùng khớp với thẻ chuẩn JCPDS (09-816) chất Vị trí 2 số vạch bị dịch so với vạch thẻ chuẩn 09-816 Sự thay đổi quan sát số tác giả khác nghiên cứu mẫu chế tạo họ Có thể thấy mẫu Hình 4.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu curcumin N1, N2, N3, N4, N5 chiết ly với điều kiện khác so với đỉnh nhiễu xạ thẻ chuẩn JCPDS số 09-16 CCDC số 82-8842 cho mục đích nhận dạng pha tinh thể 20 bột tinh thể curcuminoid curcumin tồn hai loại tinh thể dạng II III Do đó, quan sát thấy giản đồ, có số vạch khơng với thẻ chuẩn 09-816 4.2 Nghiên cứu phổ dao động phân tử curcumin phổ Raman Phổ Raman củ nghệ tươi mẫu curcumin tự nhiên chiết ly từ củ nghệ trình bày hình 4.4 Có thể thấy rằng, phổ Raman mẫu vùng phổ quan sát, bao gồm nhiều vạch hẹp nhóm vạch hẹp Tất vạch dao động quan sát thấy củ nghệ tươi xuất phổ Raman tất mẫu curcumin chiết ly (N1÷N5), vị trí tần số dao động chúng hồn tồn trùng Điều chứng tỏ Hình 4.3 Phổ Raman củ nghệ tươi, mẫu bột curcumin tự nhiên chiết ly (từ N1 đến N5), mẫu chất lượng mẫu chế tạo cao bột curcumin thương mại (N8) có nguồn gốc giống củ nghệ tự nhiên Việc chiết ly phương pháp khác sử dụng luận án không làm thay đổi cấu trúc curcumin Phổ Raman sản phẩm tinh thể Curcumin tổng hợp (N8) mẫu mà chế tạo xuất vạch dao động gần trùng nhau, trừ vạch 962 cm-1, 1248 cm-1 nhóm vạch số sóng dài hơn, khoảng 1600 cm-1 Trong dải phổ từ 1550 cm-1 đến 1650 cm-1 ba mẫu N1, N12, N13 – mẫu chiết ly từ củ nghệ mẫu N6, chúng có khác chút đỉnh 1625 cm-1 nhìn chung bốn phổ tương tự Vị trí vạch dao động ba mẫu dịch khoảng cm-1 phía số sóng dài khác hàm lượng curcumin II III có hợp chất Với mẫu N6, vạch dao động 959 cm-1 dịch số sóng dài khoảng 21 cm-1 (hình 4.5) Các mẫu N9, N10, N11 bán thị trương có phổ hồn tồn giống mẫu N8, nói mẫu chứa curcumin I mà khơng chứa đồng phân khác Hình 4.4 (a) Phổ Raman mẫu curcumin thương mại bán thị trường Việt Nam (N6, N8, N9, N10, N11) mẫu chiết ly từ tự nhiên (N1, N12, N13) (b)Một phần phổ Raman dải tần số phóng to từ 920 cm-1 đến 1020 cm-1 từ 1550 cm-1 đến 1650 cm-1 để quan sát thay đổi tần số cho mẫu khác 21 Bảng 4.3 Tần số dao động thực nghiệm curcumin vùng 900-1700 cm-1 Peak Assignment     Cur N1 Cur N2 Cur N3 Cur N3-1  C=O (II)  C=O (III)  C=O (I)  C=C 1637 1632 1627 1625  C=C (I,II)Aromatic 1599 1599 1599 1599 1590 1579 1579  C=O Phenol C-O (I) 1523 1536 1428 1516 1435 1523 Phenol C-O (II, III) 1413 1413  C=C (II,III)Aromatic *   Cur N4 N6  C=O N8 N9 1413 1598 1524 1413 1625 1599 1599 1600 1599 1536 1531 1533 1428 1429 1427 1183 1166 1148 1118 963 1183 1166 1148 1118 971 : mode dao động kéo căng (stretching), 1234 1196 1168 1120 976 *Mẫu 1226 1183 1166 1148 1118 975 1236 1226 1183 1166 1148 1118 975 đo sau tháng chế tạo 1529 1428 1413 1247 1226 1205 1205 1187 1181 1182 1161 1150 1149 1128 981 959 961   Cal Mangolim 2014 Kolev 2005 Kolev 2005 1626 1630 1601 1615 N10 1632 1625 1626 1248 1248 1247 1236 1229 1226 Cur 1636 Enol C-O ( I) Enol C-O (II, III)  Cur  Cur 1205 1182 1638 1639 1626 1600 1602 1591 1591 1430 1416 1415 1249 1234 1233 1587 1509 1431 1409 1230 1207 1184 1168 1149 961 1536 1420 1120 967 1216 1212 1196 1176 1169 1150 1107 966 22 4.3 Nghiên cứu tính chất hấp thụ huỳnh quang curcumin tự nhiên Hình 4.5 Phổ hấp thụ dung dịch curcuminethanol với nồng độ curcumin khác từ 1; 2,5; 5; 10 µg 20 µg Hình cài mối quan hệ độ hấp thụ với nồng độ curcumin Hình 4.6 Phổ phát quang chuẩn hóa mẫu curcumin chiết ly từ củ nghệ vàng mẫu N6 Phổ hấp thụ curcumin tương ứng với chuyển dời trạng thái lượng điện tử π-π* Khi dung dịch bị pha loãng cường độ hấp thụ giảm, cường độ hấp thụ giảm tuyến tính theo nồng độ curcumin pha lỗng ethano Ngun nhân khiến hấp thụ giảm dung dịch giảm nồng độ curcumin số lượng trung tâm hấp thụ giảm, mặt khác làm phân hủy curcumin mơi trường nước phản ứng vị trí nhóm keto-enol Phổ hấp thụ chất mầu curcumin nằm vùng bước sóng từ 350 nm tới 490 nm, hấp thụ mạnh vùng phổ mặt trời, thị chất màu curcumin hấp thụ cách hiệu phần cường độ mạnh phổ mặt trời Phổ phát quang curcumin dải phát xạ rộng, đỉnh cực đại bị dịch chuyển chút, tùy thuộc vào mẫu Đặc trưng chuyển dời (*- ) nhóm carbonyl curcumin tác động đến dịch chuyển vị trí cực đại huỳnh quang Phổ phát quang mẫu giữ bóng tối tháng cho thấy khơng có thay đổi dạng phổ dịch chuyển đỉnh xảy Hình 4.8 Phổ phát quang chuẩn hóa mẫu curcumin chiết ly từ củ nghệ vàng mẫu N6 sau sáu tháng lưu trữ đem đo lại Hình 4.9 Phổ phát quang chuẩn hóa mẫu curcumin N1 chiết ly từ củ nghệ, mẫu rửa kết tinh lại nhiều lần (N1-a, N1-b, N1-c) mẫu để sau sáu tháng tái kết tinh lại (N1 Tái kết tinh) 23 4.4 Kết đo thông số pin mặt trời dùng curcumin làm chất nhạy sáng Hình 4.11 Đường đặc trưng J-V pin mặt trời sử dụng chất nhạy sáng curcumin thay đổi theo nồng độ thời gian ngâm Bảng 4.4 Các thông số đặc trưng pin mặt trời sử dụng chất nồng độ thay đổi Jsc Vmax Jmax Chất nhạy sáng Voc (V) (mA/cm ) (V) (mA/cm2) Cur 0.21 0.72 0.14 0.48 Cur 0.28 0.92 0.15 0.48 Cur 0.40 1.52 0.27 1.04 Cur 0.47 1.66 0.33 1.28 nhạy sáng curcumin với FF 44.4 28.0 46.2 54.3 PCE (%) 0.067 0.072 0.281 0.422 Hiệu suất pin mặt trời dùng curcumin chất nhạy sáng thu kết định, từ 0,067% lên đế n 0,42 % tùy theo nồng độ curcumin hòa tan ethanol thời gian ngâm Hiệu suất cao cho vật liệu ứng với nộng độ curcumin-ethanol 3mM ngâm 24 h Hiệu suất thu giống kết mà K E Jasim cộng công bố Journal of Energy and Power Engineering, (6/2017) dùng curcumin làm chất nhạy sáng pin mặt trời, kết đạt 0,41 % Nhóm tác giả Hàn quốc, Hee-Je Kim cộng vào năm 2013, công bố kết hiệu suất pin thấp hơn: 0,36 %, hiệu suất đạt 0,6 % trộn lẫn chất red-cabbage curcumin với tỷ lệ 70:1, tác giả Souad A M Al-Bat’hi thu kết hiệu suất pin 0,36 % Than Than Win cộng sự, báo cáo hiệu suất pin đạt 0,129 % dùng curcumin vào năm 2012, S Suresh cộng công bố kết hiệu suất pin 0,13% vào năm 2015 S J Yoon cộng công bố pin dùng curcumin đạt 0,11 % Vì vậy, nói rằng, hiệu suất pin thấp dùng curcumin, trừ việc sử dụng chất mầu tự nhiên thân thiện với mơi trường đáp ứng nhu cầu sử dụng nguồn điện riêng lẻ 24 KẾT LUẬN Từ kết khoa học thu được, có số kết luận sau: Điều kiện tối ưu để chế tạo QD CdTeSe kết tinh pha tinh thể zb, cấu trúc lõi/vỏ CdTeSe/ZnSe, CdTeSe/ZnTe là: tỷ lệ mole tiền chất ban đầu Cd:Te:Se = 10:1:1, môi trường nuôi nano tinh thể ODE-OA, nhiệt độ chế tạo 260 oC, nuôi 10 phút Nhiệt độ nuôi lớp vỏ thấp nhiệt độ nuôi lõi 30 oC Các QD có cấu trúc đơn pha tinh thể lập phương giả kẽm zb-CdTeSe Hình dạng QD có tròn, kích thước trung bình hạt từ nm đến nm, tùy theo điều kiện chế tạo cụ thể độ dày lớp vỏ Các QD CdTeSe chế tạo có cực đại phát xạ từ 730 nm đến 760 nm hiệu suất lượng tử cao (~ 50%) Khi bọc vỏ, phổ huỳnh quang chúng bị dịch chuyển phía bước sóng dài hơn, ~ 900 nm Tỷ lệ cường độ hai vạch phổ dao động phonon: ~159 cm-1 đặc trưng cho mode phonon LO giống CdTe vạch ~188 cm-1 đặc trưng cho mode phonon LO giống CdSe, dùng để quan sát thay đổi thành phần tương ứng, QD hợp kim ba thành phần CdTeSe Với việc bọc lớp vỏ ZnSe ZnTe, phân tích phổ Raman cho thấy: bọc vỏ ZnSe vật liệu hình thành lớp vỏ giàu CdSe bọc lớp vỏ ZnTe hình thành lớp vỏ giàu CdTe Đường cong huỳnh quang tắt dần theo thời gian QD tuân theo hai hàm mũ: phần ứng với thời gian tắt dần ngắn (cỡ ns) phần ứng với thời gian tắt dần dài (hàng chục ns trở lên) Thời gian sống trung bình exciton QD CdTeSe khoảng 53 ns Khi bọc lớp vỏ ZnSe 2ML, thời gian sống QD tăng Đối với đơn QD CdTeSe/ZnSe 2ML, đường cong huỳnh quang tắt dần đơn QD tuân theo hàm e mũ, với thời gian sống tính 110 ns Hiện tượng nhấp nháy huỳnh quang đơn QD lõi/vỏ quan sát thấy giảm đáng kể, khơng bị nhấp nháy khồng thời gian quan sát Đã tách chiết chế tạo thành công curcumin với trợ giúp lò vi sóng kết tinh chúng dạng tinh thể Nghiên cứu cho phép nhận dạng pha tinh thể chế tạo hỗn hợp curcuminoid Việc phân tích chi tiết phổ Raman cho phép nhận dạng khác biệt curcumin sản xuất từ củ nghệ tự nhiên với curcumin tổng hợp phương pháp hóa học Phổ hấp thụ phát quang curcumin tự nhiên dải rộng đặc trưng cho chuyển dời trạng thái lượng điện tử π π* nhóm chức carbonyl curcumin Phổ hấp thụ mạnh chúng nằm vùng UV-Vis cho phép dùng curcumin chất mầu nhạy sáng pin mặt trời Các phép đo thông số pin mặt trời cho phép tính hiệu suất pin mặt trời chế tạo ra, với việc sử dụng chất nhạy sáng QD CdTeSe, QD lõi/vỏ CdTeSe/ZnSe CdTeSe/ZnTe Khi sử dụng QD bọc vỏ ZnSe mỏng hiệu suất tăng lên đáng kể so với pin sử dụng QD không bọc vỏ Với chất nhạy sáng chất màu curcumin, hiệu suất pin cao so với pin mặt trời loại công bố quốc tế bới tác giả khác thời gian nghiên cứu gần dây DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ A) Các cơng trình cơng bố quôc tế: Le Xuan Hung, D B.Pascal, Pham Nam Thang, Nguyễn Thu Loan, D M.Willy, R D Amit, F Fu, U E.V Juan, Nguyen Thi Thuc Hien, Nguyen Quang Liem, C Laurent and Pham Thu Nga, Near-infrared emitting CdTeSe alloyed quantum dots: Raman scattering, photoluminescence and single-emitter optical properties, RSC Advances, 2017, 7, 47966-47974 Le Xuan Hung, Pham Nam Thang, Hoang Van Nong, Nguyen Hai Yen, Vu Đuc Chinh, Le Van Vu, Nguyen Thi Thuc Hien, Willy Daney de Marcillac, Phan Ngoc Hong, Nguyen Thu Loan, Catherine Schwob, Agnès Mtre, Nguyen Quang Liem, Paul Bénalloul, Laurent Coolen, Pham Thu Nga, Synthesis, structural and optical characterization of CdTeSe/ZnSeand CdTeSe/ZnTe core/shell ternary quantum dots for potential application in solar cells., Journal of Electronic Materials, 2016, 45, 4425-4431 Hoang Van Nong, Le Xuan Hung, Pham Nam Thang, Vu Duc Chinh, Le Van Vu, Phan Tien Dung, Tran Van Trung, Pham Thu Nga, Fabrication and vibration characterization of curcumin extracted from turmeric (Curcuma Longa) rhizomes of the northern Vietnam SpringerPlus, 2016, 5, 1147-1156 B) Các cơng trình cơng bố nước: Pham Nam Thang, Le Xuan Hung, Nguyen Thi Minh Chau, Vu Thi Hong Hanh, Nguyen Ngoc Hai, Nguyen Thi Thuc Hien, Pham Thu Nga, Structural and Optical properties in Near Infrared of CdTeSe Colloidal Quantum Dots for Potential Application in Solar Cells, Vietnam Journal of Science and Technology, 2017, 55(4), 515-525 C) Các cơng trình báo cáo hội nghị quốc tế quốc gia Le Xuan Hung, Pham Nam Thang, Nguyen Hai Yen, Nguyen Thi Thuc Hien, Pham Thu Nga, Raman spectroscopy and optical properties of the core/shell ternary alloyed quantum dots, The proceeding of international conference on spectroscopy & materials science ICS&M-2015, 2015, 138-144 Pham Thu Nga, Le Xuan Hung, Pham Nam Thang, Hoang Van Nong, Phan Tiến Dũng, A study on the Raman spectroscopy of the natural curcumin extracted from Vietnam turmeric, The proceeding of international conference on spectroscopy & materials science ICS&M-2015, 2015, 145-149 Le Xuan Hung, Pham Nam Thang, Hoang Van Nong, Nguyen Hai Yen, Dinh Hung Cuong, Nguyen Thi Thuc Hien, Pham Thu Nga, Fabrication and characterization of CdSeTe ternary alloy quantum dots and curcumin natural dye, Những tiến Quang học Quang phổ Ứng dụng, 2014, ISBN 1829-4271, 217-222 Lê Xn Hùng, Hồng Văn Nơng, Lê Anh Thi, Phạm Thu Nga, Nguyễn Thị Thục Hiền, Phan Tiến Dũng, Chế tạo, tính chất quang, triển vọng ứng dụng nano tinh thể chấm lượng tử chất màu tự nhiên curcumin, Tuyển tập Những tiến vật lý kỹ thuật ứng dụng, 2014, ISBN:798-604-913-232-2, 503-508 Phạm Nam Thắng, Hồng Văn Nơng, Nguyễn Hải Yến, Đinh Hùng Cường, Lê Xuân Hùng, Nguyễn Ngọc Hải, Vũ Thị Hồng Hạnh, Khổng Cát Cương, Phạm Thu Nga, Preparation And Optical Properties Of The Ternary Alloy Quantum Dots For The Potential Application In Solar Cell, Những tiến Quang học Quang phổ Ứng dụng, 2014, ISBN 1829-4271, 436-441 10 Le Xuan Hung, Hoang Van Nong, Le Anh Thi, Pham Thu Nga, Nguyen Thi Thuc Hien, Phan Tien Dung, Synthesis, optical properties, application prospects of nano crystal quantum dots and curcumin natural dye exctracted from turmeric, International Conference on Spectroscopy & Application, 2013, 327-343