Nghiên cứu chế tạo màng ITO pha tạp Ag

Mục lục Mở đầu ..1 Ch-ơng 1: Tổng quan vật liệu TCO . 1.1 Tình hình nghiên cứu chế tạo màng điện cực n-ớc 1.2 Các ph-ơng pháp chế tạo TCO. 1.2.1 Phương pháp vật lý.. 1.2.1.1 Ph-ơng pháp bay ng-ng kết chân không ..5 1.2.1.2 Phương pháp phún xạ ca tốt. 1.2.1 Phương pháp hóa học.. .8 1.2.2.1 Phương pháp điện hóa. 1.2.2.2 Ph-ơng pháp sol-gen..9 1.2.2.3 Phương pháp CVD . 11 1.2.2.4 Phương pháp phun dung dịch đế nóng..12 1.3 Màng điện cực suốt dẫn điện ITO.13 1.4 Màng điện cực suốt dẫn điện SnO2 . 13 Ch-ơng 2: Tổng quan pin mỈt trêi nano TiO2………….… 16 2.1 VËt liƯu nano TiO2………………………………………………….…… 16 2.2 Mét sè øng dơng tiªu biĨu cđa vËt liƯu nano TiO2 …………….……….18 2.2.1 øng dơng lÜnh vực môi trường. 18 2.2.2 TiO2 ứng dụng điện tư…………………………… ………….19 2.3 Pin mỈt trêi thÕ hƯ míi nano TiO2 . 20 2.3.1 Một vài nét lịch sử phát triển pin mặt trời 20 2.3.2 Pin mặt trêi nano TiO2 .21 Ch-ơng 3: Ph-ơng pháp thiết bị thực nghiệm 26 3.1 Hoá chất 26 3.2 Thiết bị chế tạo màng vật liệu nano ph-ơng pháp "Phun dung dịch đế nóng" ..27 3.3 Mô hình chi tiÕt thùc nghiƯm chÕ t¹o mÉu……… ……………….……31 3.4 HƯ ®o nhanh hƯ sè trun qua…………………… ……………………32 Ch-¬ng 4: ChÕ tạo khảo sát tính chất màng ITO 33 4.1 Chế tạo khảo sát tính chất màng In2O3 : Sn… ………… … 33 4.2 ChÕ t¹o vËt liệu nano bạc(Ag). 37 4.3 Chế tạo khảo sát tính chất màng ITO pha tạp Ag .38 4.3.1 Khảo sát phụ thuộc ®iƯn trë st vµo nång ®é (%) Ag… 38 4.3.2 Khảo sát XRD 39 4.3.3 Khảo sát SEM 42 4.3.4 Khảo sát độ truyền qua .42 4.3.5 Khảo sát lớp tiếp xúc TiO2/ITO : Ag 43 4.4 Chế tạo khảo sát tính chất màng SnO2 44 4.4.1 ChÕ t¹o khảo sát tính chất màng SnO2 : F .44 4.4.2 Chế tạo khảo sát tính chất màng SnO2 pha tạp Ag .47 4.4.2.1 Khảo sát màng Ag XRD .48 4.4.2.2 Khảo sát màng Ag SEM 50 4.4.2.3 Khảo sát mµng SnO2 : F/Ag b»ng XRD 50 4.4.2.4 Khảo sát phụ thuộc điện trở suất vào tỷ lệ pha tạp Ag vào màng mỏng .52 4.4.2.5 Khảo sát tính chất lớp tiếp xúc với TiO2 53 4.5 BiƯn ln kÕt qu¶ .54 KÕt luËn 55 Tài liệu tham khảo 56 Mở đầu Khoa học công nghệ nano đà thập kỷ 60 kỷ XX Đến năm 90 kỷ này, ứng dụng quan trọng ngành công nghệ mới, công nghệ nano đời đà làm chấn động giới khoa häc kü tht[1] Tõ sù kiƯn nµy, sù chó ý giới ông nghệ Nano tăng Trên toàn cầu, cạnh tranh hợp tác n-ớc công nghệ Nano trở nên sôi động, thực đà trở thành h-ớng nghiên cứu mũi nhọn khoa học công nghệ giới Sự phát triển khoa học công nghệ đà tạo nên b-ớc tiến mang tính đột phá toàn cầu Với tiềm to lớn tính chất đặc biệt quý giá, ứng dụng nhiều ngành khoa học kỹ thuật mũi nhọn, màng điện cực suốt TCO (Transparent Conducting Oxide) đà mối quan tâm, đầu t- nghiên cứu nhiều trung tâm, viện nghiên cứu lớn giới tính chất đặc thù khả ứng dụng rộng rÃi nhiều lĩnh vực khác nh-: Năng l-ợng, điện tử, sinh học, môi tr-ờng, xây dung, Trên giới tình hình nghiên cứu mng TCO sôi động, từ n-ớc phát triển tới n-ớc công nghiệp đại nh- Mỹ, Nhật Bản, Hn Qc Trong rÊt nhiỊu héi nghÞ qc gia cịng nh- quốc tế không vắng mặt công trình vỊ TCO nh÷ng øng dơng, nh- Workshop on Quantum solar Energy conversion[17], International Energy Conversion Engineering Conference[12], Màng TCO ®· trë thành mét mỈt hàng mà chóng ta cã thể mua cách dễ dng, từ công ty nh- công ty trách nhiệm hữu hạn Zhengzhou chida Tungsteng & Molybdenum Products[37] cđa Trung Qc, c«ng ty Solaronix Thụy Sĩ, công ty trách nhiệm hữu hạn Photox Optical system[28] cđa Anh,… Cã thĨ thÊy r»ng màng TCO đà không l đối t-ợng nghiên cøu khoa häc mà nã thùc sù ®i vào øng dơng thùc tÕ rÊt hiƯu qu¶ øng dơng quan träng nhÊt cđa màng ®iƯn cùc st dÉn ®iƯn ®ã ứng dụng thiết bị quang điện, đặc biƯt pin mỈt trêi nano TiO [36],[19],[7],[34],[14],[21],[27], lúc mà an toàn l-ợng mối quan tâm lớn loài ng-ời Để phát triển bền vững, cần phải thoát khỏi lệ thuộc vào nguồn l-ợng hoá thạch chúng gây ô nhiễm, làm trái đất nóng lên thân cạn kiệt sau khoảng 50 năm Giới khoa học trông cậy vào nguồn l-ợng tái tạo Trong đó, quan trọng l-ợng mặt trời Các nhà khoa học đà tính toán cần thu lấy l-ợng mặt trời chiếu xuống 0,1% diện tích bề mặt trái đất cần hiệu suất chuyển đổi khiêm tốn 10% thành điện đà thoả mÃn hoàn toàn nhu cầu l-ợng toàn nhân loại Nguồn l-ợng vô tận, giá rẻ, chỗ sạch, không làm cân sinh thái quy mô toàn cầu Do đánh giá đời pin mặt trời hệ dựa së vËt liƯu nano TiO lµ hÕt søc cÊp thiết Đây cứu cánh cho mục tiêu phát triển bền vững tr-ờng tồn nhân loại trái đất Sự đời pin mặt trời sở vật liệu nano TiO2 đ-ợc giới khoa học kỹ thuật kinh tế thếịch phun, tốc độ phun 48 4.4.2.1 Khảo sát màng Ag XRD Chất l-ợng màng Ag đà đ-ợc xác định ph-ơng pháp nhiễu xạ tia X Kết đ-ợc mô tả h×nh 4.12 49 Peaks of Ag 35 30 Lin(CPS ) 25 20 15 10 10 20 30 40 2-Theta-Scale Hình 4.12 : Giản đồ XRD màng Bạc (Mẫu AT95A) 50 50 60 4.4.2.2 Khảo sát màng Ag SEM Chất l-ợng màng Ag đà đ-ợc khảo sát ph-ơng pháp SEM Kết đ-ợc mô tả hình 4.12 Hình 4.13: ảnh chụp SEM màng Ag (Mẫu AT94A) 4.4.2.3 Khảo sát màng SnO2 :F/Ag XRD Đem phun dung dịch tạo màng mỏng SnO theo ph-ơng pháp chế tạo đà nêu lên màng Ag vừa thu đ-ợc Ta đ-ợc màng SnO :F/Ag Các hạt nano Ag đóng vai trò cầu nối hạt Sn, kết làm giảm điện trở màng Tuy nhiên kết làm giảm độ suốt màng Chất l-ợng màng SnO2 : F/Ag đà đ-ợc khảo sát nhiễu xạ tia X nh- mô tả hình 4.14: 51 70 Peaks of SnO2 Peaks of Ag 60 40 30 ) Lin(CPS) 50 20 10 10 20 30 40 50 2-Theta- Scale Hình 4.14: Giản đồ XRD mẫu màng Ag/SnO2 :F (MÉu AT98AS) 52 60 Tõ ¶nh XRD ta tÝnh đ-ợc kích th-ớc hạt trung bình màng điện cực thí nghiệm 12 (nm) 4.4.2.4 Khảo sát phụ thuộc điện trở suất vào tỷ lệ pha tạp Ag vào màng mỏng Màng mỏng Ag có vai trò làm tăng độ dẫn điện màng điện cực nh-ng đồng thời làm giảm độ truyền qua màng Chúng đà tiến hành khảo sát phụ thuộc điện trở suất vào tỷ lệ pha tạp Ag màng SnO2 :F/Ag, Kết hình 4.15 0.099 0.097 0.096 0.095 st(.m) §iƯn trë st(.m) 0.098 0.094 0.093 0.092 0.091 10 20 30 40 50 60 70 -3 nAg(10 mol) Hình 4.15: Sự phụ thuộc điện trở suất màng SnO2 vào nAg 4.4.2.5 Khảo sát tính chất lớp tiếp xúc với TiO2 Chúng đà khảo sát lớp tiếp xúc TiO2/SnO2/Ag , kết thu đ-ợc chứng tỏ SnO2 : F/Ag bán dẫn loại n, có tiếp xúc omic với TiO2 Công nghệ phun màng SnO2 lớp Ag đà tạo màng điện cực có R = 1,4 - 2,2 /t-ơng đ-ơng với giải pháp tạo l-ới Ni [21] 53 4.5 Biện luận kết 1- Điện cực TCO đ-ợc chế tạo ph-ơng pháp thuỷ phân nhiệt luận văn này, sử dụng thiết bị đơn giản hóa chất công nghiệp nh-ng đạt đ-ợc thông số t-ơng đ-ơng với quốc tế Đấy kết việc lựa chọn chế độ công nghệ tối -u, chủ yếu lựa chọn thành phần dung dịch ban đầu nhiệt độ đế 2- Các màng TCO màng bán dẫn vùng cấm rộng, chúng trở nên dẫn điện nhiệt độ phòng nhờ có mặt tạp chất nồng độ thích hợp: Với SnO2 tạp chất F, với In2O3 tạp chất Sn Khi có mặt thêm Ag, điện trở màng TCO tiếp tục giảm xuống Để xác định vai trò Ag tr-ờng hợp vào yếu tố sau: - ảnh nhiễu xạ tia X cho thấy Ag không tồn dạng hợp chất với vật liệu TCO nồng độ Điều có nghĩa Ag tạp chất TCO - Bạc không tồn dạng ôxít nhiệt độ chế tạo TCO ôxít bạc bị phân hủy thành bạc kim loại Nh- Ag tån t¹i TCO ë d¹ng pha kim lo¹i tù Ag vật liệu dẫn điện cao nên hạt Ag phân tán màng TCO tạo hiệu ứng Vi ngắn mạch làm cho tổng trở màng TCO giảm xuống Ag phân tán màng TCO nên không làm thay đổi tính chất chuyển tiếp TCO/TiO2 Căn vào thông số màng điện cực gía thành vật liệu, lựa chọn phù hợp để chế tạo điện cực cho pin mặt trời nano TiO : Điện cực phát ITO:Ag điện cực thu SnO2:F/Ag 54 ... nghệ chế tạo ITO ph-ơng pháp phun nhiệt phân để đạt đ-ợc phẩm chất điện cực tối -u 2- Đà điều chế vật liệu Nano Ag từ AgNO nghiên cứu công nghệ pha tạp bạc cho màng ITO 3- Vật liệu chế tạo đÃ... nghiên cứu chế tạo Điều vừa góp phần nâng cao kỹ chế tạo màng ITO vừa làm tăng thêm lựa chọn việc chế tạo điện cực cho hệ pin mặt trời nano TiO2 6- Đà chế tạo thành công điện cực phát pha tạp bạc... AT94A) 4.4.2.3 Khảo sát màng SnO2 :F /Ag XRD Đem phun dung dịch tạo màng mỏng SnO theo ph-ơng pháp chế tạo đà nêu lên màng Ag vừa thu đ-ợc Ta đ-ợc màng SnO :F /Ag Các hạt nano Ag đóng vai trò cầu nối