Nghiên cứu chế tạo chấm lượng tử graphene ứng dụng làm lớp truyền lỗ trống trong pin mặt trời hữu cơ

Trong bài báo này nghiên cứu và chế tạo chấm lượng tử graphene (GQDs) bằng phương pháp Hummer cải tiến kết hợp khử NH3. Đường kính chấm lượng tử thu được khoảng 6 nm, được ứng dụng làm lớp truyền lỗ trống trong pin mặt trời hữu cơ, nhằm tăng hiệu suất lượng tử của pin mặt trời. GQDs thân thiện với môi trường, được chế tạo ở nhiệt độ thấp, có thể cô cạn thành dạng bột và hòa tan tốt trong các dung môi phân cực

TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ: CHUN SAN KHOA HỌC TỰ NHIÊN, TẬP 2, SỐ 5, 2018 113  Nghiên cứu chế tạo chấm lượng tử graphene ứng dụng làm lớp truyền lỗ trống pin mặt trời hữu Hồng Thị Thu*, Huỳnh Trần Mỹ Hòa, Phạm Hoài Phương, Nguyễn Hoàng Hưng, Lê Thụy Thanh Giang, Trần Quang Trung Tóm tắt—Trong báo chúng tơi nghiên cứu chế tạo chấm lượng tử graphene (GQDs) phương pháp Hummer cải tiến kết hợp khử NH3 Đường kính chấm lượng tử thu khoảng nm, ứng dụng làm lớp truyền lỗ trống pin mặt trời hữu cơ, nhằm tăng hiệu suất lượng tử pin mặt trời GQDs thân thiện với môi trường, chế tạo nhiệt độ thấp, cạn thành dạng bột hòa tan tốt dung môi phân cực Chấm lượng tử graphene với cấu trúc khơng chiều (0D) có cơng phù hợp với vật liệu polymer dẫn làm tăng dòng đoản mạch (từ 2,41 mA/cm2 lên 4,38 mA/cm2) cho pin mặt trời chuyển tiếp dị thể làm tăng hiệu suất so với cấu trúc pin truyền thống Từ khóa —chấm lượng tử, graphene, thủy nhiệt vi sóng, pin mặt trời hữu cơ, lớp truyền lỗ trống P GIỚI THIỆU in mặt trời hữu cơ, giai đoạn đầu phát triển song với ưu điểm mà chúng mang lại tính thân thiện với mơi trường, tính linh hoạt học cao, có tầm nhìn cho sản xuất hàng loạt chế tạo diện tích lớn (roll and roll), cơng nghệ sản xuất đơn giản nhiệt độ thấp như; in, phủ quay, phun nhiệt phân…[1 -4] pin mặt trời hữu ngày tập trung nghiên cứu mạnh mẽ nhằm thương mại hóa Tuy nhiên, nhược điểm mà pin mặt trời hữu cần khắc phục Ngày nhận thảo 20-07-2018; ngày chấp nhận đăng 1209-2018; ngày đăng 20-11-2018 Hoàng Thị Thu*, Huỳnh Trần Mỹ Hòa, Phạm Hồi Phương, Nguyễn Hồng Hưng, Lê Thụy Thanh Giang, Trần Quang Trung – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHCM *Email: htthu@hcmus.edu.vn cường độ dòng đoản mạch nhỏ Một giải pháp cho toán việc sử dụng lớp chức chèn vào lớp hoạt tính pin lớp hoạt tính với điện cực nhằm làm giảm chênh rào lớp này, mục đích tăng khả thu thập hạt tải điện cực [5-8] Trong xu đó, vật liệu graphene (giải Nobel 2010) thu hút nhiều ý năm gần nhờ tính chất đặc biệt cơng vật liệu thay đổi nhờ vào pha tạp nano kim loại khác [9-11], đặc biệt độ rộng vùng cấm chúng điều khiển thơng qua điều khiển kích thước hạt [12, 13] Điều có ý nghĩa việc tạo mức lượng trung gian phù hợp với mức lượng E C Ev lớp hoạt tính linh kiện quang điện để làm giảm rào lớp hoạt tính với điện cực lớp hoạt tính Chính điều làm tăng khả thu thập hạt tải điện cực đồng nghĩa với việc tăng hiệu suất pin [14 -16] Đây hướng nghiên cứu mẻ, số lượng báo liên quan đến vấn đề hạn chế Trong năm gần đây, chấm lượng tử graphene tổng hợp nhiều phương pháp hóa học khác [17, 18] Đối với phương pháp từ xuống, sử dụng loại acid mạnh để oxy hóa trực tiếp graphite hay Carbon nanotube (CNT) thành GQDs sau phản ứng cần dùng NaOH để trung hòa acid, sản phẩm chứa lượng muối lớn dung dịch, làm hạn chế tính ứng dụng GQDs linh kiện y sinh Ở Việt Nam, theo hiểu biết chúng tơi, có nhóm nghiên cứu tác giả Nguyễn Đức Nghĩa (Đại học Bách Khoa Hà Nội) chế tạo GQDs dùng GQDs làm chất khử nano bạc ứng dụng cảm biến glucose H2O2 [19], nhiên 114 SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT JOURNAL: NATURAL SCIENCES, VOL 2, ISSUE 5, 2018 nhóm tác giả từ tiền chất acid citric ure, phương pháp dễ sản xuất GQDs khó loại bỏ muối dư sau phản ứng, khó ứng dụng lĩnh vực linh kiện quang điện Trong báo này, chúng tơi trình bày quy trình chế tạo mới, thơng qua bước trung gian chế tạo rửa graphite oxide từ graphite phương pháp Hummer cải tiến trước đưa chúng vào thủy nhiệt để chế tạo GQDs Quy trình , khơng đòi hỏi q trình lọc rửa phức tạp cần sử dụng công nghệ cao Phương pháp đơn giản, rẻ tiền, triển khai tất phòng thí nghiệm VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP Chế tạo vật liệu Quy trình chế tạo chấm lượng tử graphene diễn theo ba bước minh họa Hình Đầu tiên, cân 0,4 g graphite flake, 0,2 g KMnO 4, 0,4 mL HNO3 đặc theo tỉ lệ khối lượng 2:1:2 trộn chén sứ đũa thủy tinh phút tạo thành hỗn hợp bột Hỗn hợp nung lò vi sóng cơng suất 700 W phút Lần lượt cho 0,4 g graphite tách lớp, 0,2 g NaNO3 9,6 mL H2SO4 vào cốc thủy tinh, sau 4,0 g KMnO4 cho từ từ vào hỗn hợp Hỗn hợp trộn khuấy liên tục nhiệt độ phòng 12 Thêm mL nước cất vào hỗn hợp để phản ứng diễn mãnh liệt từ tách hẳn thành đơn lớp graphite, tiếp sau pha lỗng hỗn hợp 20 mL nước cất hai lần, cuối cho 10 mL H2O2 vào để hòa tan MnO4- MnO2 màu đen thành ion Mn + hòa tan dung dịch, thu dung dịch màu vàng tươi, dung dịch graphite oxide (GO) Hình Sơ đồ chế tạo chấm lượng tử graphene Lọc bỏ mảng graphite chưa phản ứng (hạt đen), sau hỗn hợp rửa acid với nước cất hai lần để hỗn hợp trở nên trung tính, thực khoảng lần với hỗ trợ máy quay li tâm tốc độ quay 7000 vòng/phút Sau 10 mL GO pha vào 10 mL nước cất mL NH3 Khuấy máy khuấy từ h sau cho vào bình Tefon thủy nhiệt đến 120 oC h Dùng túi dialysis 2000 Da lọc bỏ tạp chất hạt có kích thước lớn Dung dịch cuối ủ tiếp 80oC h bay hết NH3 dư để thu GQDs dạng bột Chế tạo thiết bị Để so sánh vai trò lớp truyền lỗ trống pin mặt trời hữu chuẩn bị cấu trúc pin sau : ITO/PEDOT:PSS/ P3HT:PCBM/Al ITO/PEDOT:PSS/P3HT: PCBM:GQDs/Al Hai cấu trúc pin minh họa Hình Hình Cấu trúc pin Organic solarcells (OSC) khơng sử dụng có sử dụng GQDs làm lớp truyền lỗ trống TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ: CHUYÊN SAN KHOA HỌC TỰ NHIÊN, TẬP 2, SỐ 5, 2018 PEDOT:PSS 115 P3HT:PCBM:GQDs Al + - 4mm x 2mm Hình Sơ đồ chế tạo pin mặt trời hữu Các bước thực chế tạo pin mặt trời hữu minh họa Hình Đầu tiên, đế ITO có kích thước 4x10 mm điện trở mặt 10 Ω/□ rửa xử lý UV 20 phút Tiếp đến, phủ quay lớp PEDOT:PSS (Clevios, lọc phễu lọc 0,45 µm) lên đế ITO Hai lớp nung 140oC 10 phút môi trường Ar nhằm ổn định màng PEDOT:PSS đế ITO Sau đó, 18 mg P3HT 18 mg of PCBM trộn lẫn với mL Dichlorobenzene (DCB) lắc 70oC 60 phút Đối với cấu trúc pin sử dụng GQDs làm lớp truyền lỗ trống, thực việc pha tạp sau: 0,6 mg bột GQDs sấy khơ hòa tan vào mL aceton lắc đều, sau hỗn hợp trộn chung với P3HT:PCBM theo tỉ lệ tương ứng 10:1; 10:2; 10:3 lắc 70oC 30 phút Hỗn hợp P3HT/PCBM phủ quay lên lớp PEDOT:PSS mơi trường Ar sau để im đĩa petri cho bay hết DCB h Tiếp theo chúng ủ 110 oC 10 phút Cuối bốc bay điện cực Aluminum tạo cá c pin có diện tích 4x2 mm pin ủ nhiệt 100 oC 10 phút mơi trường Ar Các phương pháp phân tích Hình thái học GQDs đo kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM - JEOL JEM 1400) Cấu trúc tinh thể GQDs phân tích phổ nhiễu xạ tia X-XRD (D8 ADVANCE, Cu Kα radiation λ = 1,54 Å) Các trạng thái điện tử liên kết carbon nghiên cứu thông qua phổ XPS (đo đại học Chonbok – Hàn Quốc) Phổ FTIR đo máy Equinox 550 Phổ hấp thụ GQDs nước đo máy Jasco V530 Phổ quang phát quang đo hệ đo HORIBA fluorescence spectrophotometer sử dụng laser He-Cd 325 nm kích thích Đặc trưng J–V thiết bị đo hệ đo Keithley 2400 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Hình thái học, thành phần cấu trúc chấm lượng tử graphene Hình ảnh TEM GQDs giai đo 50 nm 20 nm cho thấy GQDs có kích thước trung bình khoảng từ 6–8 nm, chấm lượng tử graphene phân tán dung môi nước Đây ưu điểm chấm lượng tử graphene so với chấm lượng tử CdS, CdSe…rất dễ bị kết tập thành đám, khó ứng dụng quang tử y sinh Hình Ảnh chụp TEM GQDs minh chứng kích thước trung bình khoảng từ 6–8 nm Về mặt lý thuyết , thành phần GQDs gồm có C H nhiên tương tác mặt carbon với trình khử tách lớp, nay, GQDs báo cáo có nhóm chức gắn bề mặt hydroxyl ( OH), epoxy (-O-), carbonyl (-C=O) carboxyl acid (-COOH) [12, 13, 17, 18] Để khảo sát cá c nhóm chức tồn dung dịch GQDs, chụp phổ FTIR GQDs minh họa Hình 5A Phổ FTIR mẫu khử NH3 xuất đỉnh phổ 550 cm-1 , 1250 cm-1, 3300–3600 cm-1, 1650 cm-1 tương ứng với dao động C -OC, C-N mặt phẳng, N-H dao động 116 SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT JOURNAL: NATURAL SCIENCES, VOL 2, ISSUE 5, 2018 nhóm amin, đặc biệt đỉnh 1650 cm-1 dao động đặc trưng nhóm amide -carbonyl, điều xác định hình thành nhóm amide thơng qua tương tác nhóm carboxylic mạng tinh thể Kết tương đồng với nhóm tác giả khác [12 -13] chế tạo GQDs với phương pháp (Hình 5B) Liên kết C=C số sóng 1637 cm-1 bị chồng chập phổ nhóm chức –NH-CO- sử dụng thêm phương tiện khảo sát khác thuyết phục cho liên kết C=C GQDs phổ XPS trình bày Hình A B Hình A) Phổ FTIR mẫu GQDs khử NH3 70oC B) Phổ so sánh tác giả Hiroyuki Tetsuka [79] B A C D Hình Phổ XPS mẫu GQDs (A, C) phổ XPS so sánh tác giả Hiroyuki Tetsuka (B, D) [12] Trên Hình phổ XPS chấm lượng tử graphene chế tạo từ tiền chất GO Phổ XPS có hai đỉnh đặc trưng cho GQDs đỉnh C1s N1s Đỉnh C1s cho thấy xuất liên kết C -C (284,2 eV), epoxy C-O-C (286,4 eV), carboxyl OC=O (288,8 eV) liên kết đặc trưng dao động GQDs chế tạo từ phương pháp khử NH3 Đỉnh N1s 401 eV minh chứng liên kết graphene với nhóm amine C -NH2, chứng tỏ NH3 đính mảng GO Các tác giả Juan Peng Hiroyuky Tetsuka [10, 12] cho hạt GQDs chế tạo từ phương pháp hóa học chứa nhóm chức bề mặt biên hạt Các kết tương TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ: CHUYÊN SAN KHOA HỌC TỰ NHIÊN, TẬP 2, SỐ 5, 2018 đồng với kết nghiên cứu chúng tơi (Hình 6) Qua q trình khảo sát chúng tơi nhận thấy số lượng nhóm chức gắn GQDs giảm hẳn so với tiền chất GO sau q trình thủy nhiệt mơi trường NH3 Để tái kiểm chứng kết này, tiến hành xác định giản đồ XRD GQDs so sánh chúng với giản đồ XRD GO graphite flake (GF) (Hình 7A) Các mặt (002) GQDs nghiên cứu chi tiết Khoảng cách lớp GQDs phụ thuộc mạnh vào trình khử chúng, tức cách chúng gắn nhóm chức hydroxyl, epoxy, carbonxylic…và nhóm carboxylic acid làm tăng khoảng cách lớp (002) GQDs Nói chung, khoảng cách lớp phụ thuộc nhiều vào phương pháp chế tạo Trong phổ nhiễu xạ tia X GQDs làm từ cacbon hóa nitric acid khoảng cách 0,34 nm gần với graphite dạng khối 0,334 nm, tro ng 117 khoảng cách lớp GQDs làm từ CF (carbon fiber) lớn nhiều (khoảng 0,403 nm) Điều đóng góp nhóm chức chứa oxygen gắn vào lớp trình khử tách lớp CF acid mạnh đậm đặc Khoảng cách lớp GQDs phương pháp thủy nhiệt có mặt NH3 0,393 nm [12] Tóm lại, nhóm chức chứa oxygen mở rộng khơng gian lớp GQDs nhiều hay tùy theo vị trí nhóm chức chứa oxy nằm mặt phẳng lớp nằm cạnh lớp Giản đồ nhiễu xạ XRD GQD chụp viện dầu khí Việt Nam, phổ minh họa hình với đỉnh nhỏ mở rộng 2θ = 21,5 o tương ứng với số mạng khoảng 0,4 nm Sự mở rộng đỉnh cho thấy chấm lượng tử xếp không trật tự việc dịch đỉnh từ 10 o 21,5o cho thấy có giảm nhóm chức chứa oxygen lớp carbon [12] B) Hình A) Giản đồ XRD GF (graphite flake), GO, GQDs B) Giản đồ XRD so sánh tác giả Hiroyuki Tetsuka [12] Tính chất quang chấm lượng tử graphene Hấp thụ GQDs có tính hấp thụ quang học mạnh vùng UV, với phần đuôi kéo dài đến vùng ánh sáng nhìn thấy Đối với phổ hấp thụ UV -vis mẫu GO, có hai đỉnh phổ quan sát: đỉnh cao vị trí bước sóng 230 nm chuyển tiếp ππ* liên kết C=C vòng thơm, vai (đỉnh thấp hơn) vị trí 300 nm có nguồn gốc từ chuyển tiếp n-π* liên kết C = O Trong trường hợp chấm lượng tử graphene, đỉnh phổ chuyển tiếp π-π* nằm khoảng từ 220–270 nm đỉnh chuyển tiếp n -π* bước sóng dài 260 nm Đơi khi, chuyển tiếp ππ* khó quan sát phơng hấp thụ lớn Hình 8A trình bày phổ hấp thụ GQDs, cho thấy có đỉnh đặc trưng 270 nm Kết tương tự kết tác giả Juan Peng [10] (đường A tương ứng với hạt phát quang màu blue (kích thước hạt vào khoảng 1–4 nm) số nhóm tác giả khác [10, 12, 17, 18] 118 SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT JOURNAL: NATURAL SCIENCES, VOL 2, ISSUE 5, 2018 A B Hình Phổ hấp thụ GQDs (A), phổ hấp thụ GQDs tác giả Juan Peng [10] (đường A) (B) Quang phát quang Phổ PL mẫu GQDs chế tạo 70 oC thể đỉnh vào khoảng 440 nm đỉnh phụ khoảng 520 nm (Hình 9B), thơng thường hạt nhỏ phổ PL dịch phía bước sóng ngắn Hai đỉnh thể rõ phổ PL chứng tỏ mẫu GQDs tồn hai loại hạt có kích thước khác Tuy nhiên đỉnh 440 nm chiếm ưu lượng hạt nhỏ chiếm ưu B) Hình A) Phổ PL mẫu GQDs kích thích bước sóng 365 nm B) Phổ PL GQDs tác giả Shoujun Zhu [20] Ứng dụng chấm lượng tử graphene làm lớp truyền lỗ trống pin mặt trời hữu Để khảo sát vai trò GQDs việc làm lớp truyền lỗ trống OSC thay đổi tỉ lệ pha tạp P3HT/PCBM với GQDs Các thông số khảo sát linh kiện minh họa Bảng Bảng Tổng hợp thông số pin mặt trời sử dụng không sử dụng GQDs làm lớp truyền lỗ trống P3HT/PCBM:GQDs ISC (mA) VOC (V) FF 10:0 2,91 0,55 ,50 10:1 3,74 0,55 ,31 10:2 4,38 0,55 ,44 10:3 4,20 0,55 ,38 TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ: CHUYÊN SAN KHOA HỌC TỰ NHIÊN, TẬP 2, SỐ 5, 2018 Hình 10A Bảng cho thấy, có GQDs mật độ dòng đoản mạch lớn so với mật độ dòng đoản mạch pin chưa pha tạp, mạch hở không thay đổi Ban đầu tỉ lệ 10:0 (tức pin tham chiếu) mật độ dòng đoản mạch 2,91 mA/cm2, mạch hở 0,55 V, thừa số lấp đầy 0,50 pha tạp lượng thích hợp GQDs dòng đoản mạch cao 4,38 mA/cm2, mạch hở 0,55 V, thừa số lấp đầy 0,44 hiệu suất tăng cường Để lý giải điều cho với mức lượng phù hợp, cụ thể: E c P3HT < Ec GQDs< Ec PCBM Ev P3HT < Ev GQDs < Ev PCBM minh họa hình 10b GQDs đóng vai trò bậc thang lượng nhằm giúp tách điện tử lỗ trống hai cực hiệu nhờ tăng dòng đoản mạch tăng hiệu suất pin Theo Zicheng Ding [8], nhóm chức COOH GQDs làm tăng cơng GQDs lên 5,26 eV làm giảm chênh rào lớp hoạt tính, tăng hiệu suất pin từ 3,03% lên 6,03% Theo nghiên cứu khác F 119 Li [14], với cơng cao (5 ,75 eV) GQDs đảm nhiệm tốt vai trò truyền lỗ trống lớp hoạt tính điện cực, nhờ tăng dòng đoản mạch tăng hiệu suất pin từ ,61% lên 5,24% Để tối ưu hóa tỉ lệ pha tạp GQDs vào lớp hoạt tính, tiến hành tăng dần tỉ lệ pha tạp Theo đặc trưng J-V Hình 10A cho thấy, tăng tỉ lệ P3HT/PCBM:GQDs từ 10:1 đến 10:3 mật độ dòng đoản mạch tăng lên cao tỉ lệ 10:2 bắt đầu giảm nhẹ tỉ lệ 10:3 Chúng tơi cho tăng lượng GQDs số mối nối P3HT PCBM GQDs xen vào nhiều hơn, hay nói cách khác số lượng lỗ trống e chuyển điện cực dễ dàng tăng dòng đoản mạch Tuy nhiên, tỉ lệ tăng lên khơng cải thiện đáng kể mật độ dòng đoản mạch lúc lượng GQDs nhiều kích thước hạt khơng gây số khuyết tật, tạo bẫy điện tử lỗ trống khơng mong muốn mật độ dòng đoản mạch gần bão hòa có xu hướng giảm xuống Hình 10 A) Khảo sát tỉ lệ pha tạp GQD lên đặc trưng J-V OSC B) Giản đồ lượng pin mặt trời có sử dụng GQDs Như vậy, với tỉ lệ pha tạp tối ưu P3HT/PCBM:GQDs 10:2 tạo cấu trúc pin mặt trời có hiệu suất cao so với pin không pha tạp Việc ứng dụng GQDs làm lớp truyền lỗ trống (HTL) tách lỗ trống (HTL) nhằm tăng hiệu suất linh kiện bắt đầu ý năm gần thông qua việc kiểm sốt cơng tương ứng GQDs [5 -9, 14-16] Trong cơng trình này, cơng GQDs điều khiển thơng qua nhóm chức thơng qua kích thước hạt, nhiên, kết báo mang tính chủ quan chưa có lý thuyết chung cho việc điều khiển cơng GQDs Việc nghiên cứu làm rõ vai trò lớp truyền lỗ trống GQDs cấu trúc pin cần có nghiên cứu, phân tích tổng quát đầy đủ dựa vào thiết bị đại phổ UPS kết hợp chặt chẽ với phổ XPS…Tuy nhiên, Việt Nam, máy móc hạn chế, với nghiên cứu ban đầu GQDs mẻ Việt Nam lĩnh vực linh kiện quang điện, chúng tơi hi vọng đóng góp hữu ích việc cải tiến hiệu suất cho dòng pin mặt trời hữu truyền thống KẾT LUẬN Trong đề tài này, tổng hợp thành công chấm lượng tử graphene từ vật liệu đầu graphite rẻ tiền với phương pháp đơn giản Đặc biệt chúng tơi chế tạo GQDs dạng bột Với cấu trúc vùng lượng thích hợp GQDs đảm nhiệm tốt vai trò truyền lỗ trố ng pin mặt trời hữu tăng hiệu suất pin đáng 120 SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT JOURNAL: NATURAL SCIENCES, VOL 2, ISSUE 5, 2018 kể so với pin truyền thống, điều mở hướng nghiên cứu việc giải tốn cải tiến dòng đoản mạch pin mặt trời hữu truyền thống Lời cảm ơn: Đề tài thực hỗ trợ kinh phí Đại học Quốc gia TP HCM với mã số đề tài C2017-18-25 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] S Bae, H Kim, Y Lee, X Xu, J.S Park, Y Zheng, Y.J Kim, “Roll-to-roll production of 30-inch graphene films for transparent electrodes”, Nature nanotechnology, vol 5, no 8, pp 574–578, 2010 [2] T Kim, A Canlier, G.H Kim, J Choi, M Park, S.M Han, “Electrostatic spray deposition of highly transparent silver nanowire electrode on flexible substrate”, ACS Applied Materials & Interfaces, vol 5, no 3, 788–794, 2013 [3] S.B Sepulveda-Mora, S.G Cloutier, “Figures of merit for high-performance transparent electrodes using dipcoated silver nanowire networks”, Journal of Nanomaterials, Article ID 286104, pages, 9, 2012 [4] L Hu, H.S Kim, J.Y Lee, P Peumans, Y Cui, "Scalable coating and properties of transparent, flexible, silver nanowire electrodes", ACS nano, vol 4, no 5, pp 2955– 2963, 2010 [5] M Li, W Ni, B Kan, X Wan, L Zhang, Q Zhang, Y Chen, "Graphene quantum dots as the hole transport layer material for high-performance organic solar cells", Physical Chemistry Chemical Physics, vol 15, no 43, pp 18973–18978, 2013 [6] E Bovill, N Scarratt, J Griffin, H Yi, A Iraqi, A.R Buckley, D.G Lidzey, "The role of the hole-extraction layer in determining the operational stability of a polycarbazole: fullerene bulk-heterojunction photovoltaic device", Applied Physics Letters, vol 106, no 7, 21_1, 2015 [7] Y.J Jeon, J.M Yun, D.Y Kim, S.I Na, S.S Kim, "Highperformance polymer solar cells with moderately reduced graphene oxide as an efficient hole transporting layer", Solar Energy Materials and Solar Cells, vol 105, 96–102, 2012 [8] Z Ding, Z Hao, B Meng, Z Xie, J Liu, L Dai, "Fewlayered graphene quantum dots as efficient holeextraction layer for high-performance polymer solar cells", Nano Energy, vol 15, 186–192, 2015 [9] J.K Kim, S.J Kim, M.J Park, S Bae, S.P Cho, Q.G Du, B.H Hong, "Surface-engineered graphene quantum dots incorporated into polymer layers for high performance organic photovoltaics", Scientific Reports, vol 5, 2015 [10] J Peng, W Gao, B.K Gupta, Z Liu, R Romero-Aburto, L Ge, S.A Vithayathil, "Graphene quantum dots derived from carbon fibers", Nano letters, vol 12, no 2, pp 844– 849, 2012 [11] R Garg, N.K Dutta, N.R Choudhury, "Work function engineering of graphene", Nanomaterials, vol 4, no 2, pp 267–300, 2014 [12] H Tetsuka, R Asahi, A Nagoya, K Okamoto, I Tajima, R Ohta, A Okamoto, "Optically tunable amino‐functionalized graphene quantum dots", Advanced Materials, vol 24, no 39, pp 5333–5338, 2012 [13] G.S Kumar, R Roy, D Sen, U.K Ghorai, R Thapa, N Mazumder, K.K Chattopadhyay, Amino-functionalized graphene quantum dots: origin of tunable heterogeneous photoluminescence, Nanoscale, vol 6, no 6, 3384–3391, 2014 [14] F Li, L Kou, W Chen, C Wu, T Guo, "Enhancing the short-circuit current and power conversion efficiency of polymer solar cells with graphene quantum dots derived from double-walled carbon nanotubes", NPG Asia Materials, vol 5, no 8, e60, 2013 [15] J.K Kim, S.J Kim, M.J Park, S Bae, S.P Cho, Q.G Du, B.H Hong, "Surface-engineered graphene quantum dots incorporated into polymer layers for high performance organic photovoltaics", Scientific Reports, vol 5, 2015 [16] M.L Tsai, W.C Tu, L Tang, T.C Wei, W.R Wei, S.P Lau, J.H He, "Efficiency enhancement of silicone heterojunction solar cells via photon management using graphene quantum dot as downconverters", Nano Letters, vol 16, no 1, pp 309–313, 2015 [17] D Pan, J Zhang, Z Li, M Wu, "Hydrothermal route for cutting graphene sheets into blue luminescent graphene quantum dots", Advanced materials, vol 22, 6, 734–738, 2010 [18] G Eda, Y.Y Lin, C Mattevi, H Yamaguchi, H.A Chen, I Chen, M Chhowalla, "Blue photoluminescence from chemically derived graphene oxide", Advanced Materials, vol 22, no 4, pp 505–509, 2010 [19] N.D Nghia, N.V Tuan, C.D Anh, T.V Hoang, T.T Luyen, H.D Chinh, "A label-free colorimetric sensor based on silver nanoparticles directed to hydrogen peroxide and glucose", Arabian Journal of Chemistry, https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2017.12.035 [20] S Zhu, J Zhang, C Qiao, S Tang, Y Li, W Yuan, H Gao, "Strongly green-photoluminescent graphene quantum dots for bioimaging applications", Chemical Communications, vol 47, no 24, 6858–6860, 2011 TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ: CHUN SAN KHOA HỌC TỰ NHIÊN, TẬP 2, SỐ 5, 2018 121 The research and fabrication of graphene quantum dots applied as the hole transporting layer in polymer solar cells Hoang Thi Thu*, Huynh Tran My Hoa, Pham Hoai Phuong, Nguyen Hoang Hung, Le Thuy Thanh Giang, Tran Quang Trung University of Science, VNU-HCM Corresponding author: htthu@hcmus.edu.vn Received 20-07-2018; Accepted 12-09-2018; Published 20-11-2018 Abstract—In this report, we studied and fabricated graphene quantum dots by improved the Hummer method using NH3 reducing agent The diameter of graphene quantum dots was approximately nm, applied as the hole transport layer in organic solar cell to improve the quantum efficiency of solar cells GQDs were very friendly with environment, made at low temperatures and might be dried into powder form and dissolved well in polar solvents Graphene quantum dots with a 0D structure had the workfunction suistable for the conductive polymer which increased the short current (from 2.41 mA/cm2 to 4.38 mA/cm2) of polymer solar cells They improved the performance significantly compared to conventional solar cells Keywords—quantum dot, graphene, micro wave, polymer solar cells, hole transporting layer ... ưu lượng hạt nhỏ chiếm ưu B) Hình A) Phổ PL mẫu GQDs kích thích bước sóng 365 nm B) Phổ PL GQDs tác giả Shoujun Zhu [20] Ứng dụng chấm lượng tử graphene làm lớp truyền lỗ trống pin mặt trời hữu. .. đồ lượng pin mặt trời có sử dụng GQDs Như vậy, với tỉ lệ pha tạp tối ưu P3HT/PCBM:GQDs 10:2 tạo cấu trúc pin mặt trời có hiệu suất cao so với pin không pha tạp Việc ứng dụng GQDs làm lớp truyền. .. Hình Sơ đồ chế tạo pin mặt trời hữu Các bước thực chế tạo pin mặt trời hữu minh họa Hình Đầu tiên, đế ITO có kích thước 4x10 mm điện trở mặt 10 Ω/□ rửa xử lý UV 20 phút Tiếp đến, phủ quay lớp PEDOT:PSS