CHẤM LƯỢNG tử bán dẫn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN KHOA VẬT LÝ TIỂU LUẬN MƠN: Vật lý vật liệu nano CHỦ ĐỀ: Hãy trình hiểu biết chấm lượng tử bán dẫn? Nêu rõ lý ưu nhược điểm lý chấm lượng tử bán dẫn lại có nhiều tiềm chế tạo pin mặt trời hiệu suất cao? Người hướng dẫn: PGS.TS.Phạm Thành Huy Người thực hiện: Nguyễn Quang Khánh Quy Nhơn, ngày tháng năm 2018 MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT CỦA CHẤM LƯỢNG TỬ 1.1 Giới thiệu chung chấm lượng tử 1.2 Các tính chất chấm lượng tử 1.3 Chế tạo chấm lượng tử 1.4 Ứng dụng chấm lượng tử 11 CHƯƠNG II: CHẤM LƯỢNG TỬ BÁN DẪN VỚI CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO PIN MẶT TRỜI 2.1 Ưu điểm 2.2 Khuyết điểm 2.3 Tiềm sử dụng chấm lượng tử vào pin mặt trời hiệu suất cao KẾT LUẬN 15 17 17 17 MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, vật liệu linh kiện nano (có kích cỡ vào khoảng 1nm -100 nm) đặc biệt quan tâm nghiên cứu tầm quan trọng nghiên cứu khoa học tiềm ứng dụng công nghệ chúng Những vật liệu thể tính chất vật lí hố học lạ, mà tính chất khơng có ngun tử riêng biệt hay vật liệu khối có thành phần hóa học Trong vịng 20 năm gần đây, nghiên cứu mạnh mẽ chấm lượng tử tiến hành đạt tiến to lớn việc tổng hợp chấm lượng tử, việc hiểu biết tính chất quang điện chúng Các nano tinh thể chấm lượng tử bán dẫn hạt phát sáng bé kích thước nm Các hạt nghiên cứu cách mạnh mẽ phát triển cho ứng dụng đa dạng, ví dụ linh kiện chuyển đổi lượng mặt trời, linh kiện quang điện tử, detector siêu nhậy, linh kiện phát sáng QD-LED , ứng dụng y-sinh ảnh phân tử tế bào cảm biến sinh học nano nano -biosensor) Có thể nói, thời đại chấm lượng tử có nhiều ứng dụng hứa hẹn bật chấm lượng tử lĩnh vực kể Đặc tính trội chấm lượng tử hiệu ứng giam giữ lượng tử kích thước giảm xuống cỡ nm Hiệu ứng dẫn đến việc hạt tải tích điện bị giam giữ mặt không gian, bên thể tích bé nano tinh thể Do hiệu ứng này, nhà khoa học c thể sử dụng kích thước chấm lượng tử để thay đổi, khoảng rộng xác, lượng trạng thái điện tử gián đoạn dịch chuyển quang học Kết nhà khoa học thay đổi phát xạ ánh sáng từ hạt chấm lượng tử này, từ vùng phổ tử ngoại, nhìn thấy, hồng ngoại gần tới vùng phổ hồng ngoại Các hạt chấm lượng tử tạo nhiều tính chất quang nhân hạt tải carrier multiplication , đơn hạt nhấp nháy single- particle blinking truyền tín hiệu phổ CHƯƠNG I TÍNH CHẤT CỦA CHẤM LƯỢNG TỬ 1.1 Giới thiệu chung chấm lượng tử Những vật liệu nano định nghĩa hệ có chiều có kích cỡ nano mét Khi giảm một, hai ba chiều vật liệu khối xuống kích thước nano mét, ta thu cấu trúc tương ứng gọi giếng lượng tử - hai chiều (2D); dây lượng tử - chiều (1D) chấm lượng tử - không chiều (0D) Trường hợp 3D (vật liệu khối): Khối tinh thể chất rắn chiều dx, dy, dz, có N điện tử Nếu bỏ qua tương tác điện tử điện tử với tinh thể mơ hình gọi mơ hình khí điện tử tự chiều phổ lượng điện tử liên tục điện tử chuyển động gần tự Trường hợp 2D (giếng lượng tử): Là tinh thể rắn hai chiều có kích thước theo phương x, y dx, dy, lớn, có bề dày dz cỡ vài nm Các điện tử di chuyển tự mặt phẳng x - y, di chuyển tự theo phương z Hệ hai chiều cịn có tên gọi khác khí điện tử hai chiều (2DEG: 2-Dimensional Electron Gas) Trong hệ chiều phổ lượng bị gián đoạn theo chiều bị giới hạn - Trường hợp 1D (dây lượng tử): điện tử bị giới hạn theo hai chiều, chuyển động tự dọc theo chiều dài dây Phổ lượng gián đoạn theo hai chiều không gian Hệ gọi hệ chiều (1DES: dimensional Electron System) -Trường hợp 0D (chấm lượng tử): Khi hạt mang điện bị giới hạn theo ba chiều khơng gian hồn tồn khơng thể chuyển động tự tồn trạng thái (kx, ky, kz) gián đoạn không gian k Phổ lượng từ gián đoạn chuyển sang thành tách mức lượng, mức bị gián đoạn theo ba chiều không gian Như vậy, chấm lượng tử (Quantum dots, QDs) tinh thể nano bán dẫn, có kích thước từ vài nm tới vài chục nm, thường có dạng hình cầu Chấm lượng tử giam giữ mạnh điện tử, lỗ trống cặp điện tử - lỗ trống (còn gọi exciton) theo ba chiều khoảng cỡ bước sóng de Broglie điện tử Sự giam giữ dẫn tới mức lượng hệ bị lượng tử hoá, giống phổ lượng gián đoạn ngun tử Chính lí mà chấm lượng tử gọi "nguyên tử nhân tạo" Các chấm lượng tử bán dẫn quan tâm đặc biệt hiệu ứng giam giữ lượng tử thể rõ phụ thuộc mạnh vào kích thước hạt Một biểu rõ hiệu ứng lượng tử xảy chấm lượng tử mở rộng vùng cấm chất bán dẫn tăng dần lên kích thước hạt giảm quan sát qua dịch chuyển phía bước sóng xanh (Blue) phổ hấp thụ Biểu thứ hai thay đổi dạng cấu trúc vùng lượng phân bố lại trạng thái lân cận đỉnh vùng hoá trị đáy vùng dẫn, mà biểu rõ hiệu ứng giam giữ lượng tử mạnh vùng lượng liên tục trở thành mức gián đoạn Một vài ưu điểm quang học trội chấm lượng tử như: tính chất ổn định quang lớn nhiều so với chất màu truyền thống, chí phát quang sau nhiều điều kiện kích thích Bên cạnh yếu tố phổ hấp thụ rộng thuận lợi ứng dụng phổ phát xạ hữu ích khơng phổ phát xạ tinh thể nano bán dẫn hẹp Thêm yếu tố thời gian sống huỳnh quang, chấm lượng tử dài điều mà nhà nghiên cứu cần để theo dõi phân tử riêng biệt với cường độ huỳnh quang yêu cầu lớn Và ngồi kể đến độ nhạy quang, độ xác độ sáng chói chấm lượng tử phát quang, tất trội, mẻ đặc biệt Khi kích thước chất bán dẫn giảm dần tới mức kích thước so sánh với bán kính Borh exciton cặp điện tử - lỗ trống (aB) chất bán dẫn điện tử chất bán dẫn thể bị giam giữ lượng tử Các trường hợp giam giữ lượng tử gây gián đoạn mức lượng mở rộng độ rộng vùng cấm (band gap) Về thực nghiệm quang phổ, quan sát thấy dịch phía sóng xanh (blue shift) đỉnh phổ hấp thụ, mở rộng vùng cấm 1.2 Các tính chất chấm lượng tử Chấm lượng tử nhà khoa học giới quan tâm nghiên cứu tính chất đa dạng khả ứng dụng nhiều lĩnh vực công nghiệp điện - điện tử, công nghệ thông tin, Một tính chất quan trọng phải đề cập tới nhắc đến chấm lượng tử tính chất quang Số lượng điện tử chấm lượng tử điều khiển xác Chấm lượng tử có điện tử tới hàng ngàn điện tử Các transistor đơn điện tử có tiềm ứng dụng rộng rãi lương lai Các chấm lượng tử thể tính chất quang điện tượng giam giữ lượng tử gây Trong phần trình bày tính chất lý thú 1.2.1 Tính chất quang Nghiên cứu chấm lượng tử năm 1986 tăng mạnh có 2.000 đăng ký phát minh cho ứng dụng chấm lượng tử Đặc trưng quang học dễ nhận chấm lượng tử dạng keo màu sắc chúng Kích thước chấm lượng tử đóng vai trị quan trọng màu sắc Các chấm lượng tử vật liệu có kích thước khác phát ánh sáng với màu sắc khác Nguyên nhân tượng hiệu ứng giam cầm lượng tử Các chấm lượng tử lớn có phổ huỳnh quang đỏ hơn, tức lượng thấp Ngược lại, chấm lượng tử nhỏ phát ánh sáng xanh hơn, ứng với lượng cao Màu sắc chấm lượng liên quan trực tiếp với mức lượng chấm lượng tử Nói cách khác, lượng vùng cấm mà xác định lượng màu sắc ánh sáng huỳnh quang tỷ lệ nghịch với kích thước chấm lượng tử Chấm lượng tử lớn có nhiều mức lượng khe trống gần Trong bán dẫn tinh thể, hàm sóng điện tử chấm lượng tử kéo dài qua số mạng Tương tự với phân tử, chấm lượng tử có phổ lượng lượng tử hoá mật độ lượng tử trạng thái điện tử gần với cạnh vùng cấm Các chấm lượng tổng hợp với lớp vỏ dày mỏng chấm lượng tử CdSe với lớp vỏ CdS Chiều dày lớp vỏ có mối quan hệ trực tiếp tới thời gian sống cường độ xạ Để có màu sắc khác vật liệu cần phải có khe lượng khác Các hạt nano cần sử dụng vật liệu thay đổi kích thước hạt tạo màu sắc tương ứng Đèn LED khó để phát ánh sáng xanh đặc biệt ánh sáng trắng Nhưng đèn phát huỳnh quang nano làm điều Các nhà khoa học chế tạo thành công đèn huỳnh quang phát ánh sáng trắng cách trộn hạt nano có đường kính khác mà phát ánh sáng đỏ, xanh cây, xanh 1.2.2 Các dịch chuyển nội vùng Các dịch chuyển tương ứng với đẩy điện tử từ mức lên mức khác vùng dẫn đẩy lỗ trống từ mức tới mức khác vùng hoá trị, bán dẫn khối hấp thụ hạt tải tự Chúng phụ thuộc có mặt hạt tải tự (các điện tử vùng dẫn lỗ trống vùng hoá trị) kết việc pha tạp kết việc điện tích đưa vào nhờ điện trường Trong bán dẫn khối, dịch chuyển thế: từ mức k tới mức k khác vùng dẫn (hoặc vùng hố trị) địi hỏi thay đổi giả moment k trở nên phép tương tác với phonon mạng Mạng cung cấp làm moment thay đổi 1.2.3 Sự tăng lực dao động tử Cường độ dải hấp thụ UV-Vis hàm lượng dịch chuyển bình phương lực dao động tử Trong bán dẫn khối, điện tử lỗ trống liên kết với lực hút Coulomb với lượng liên kết cỡ vài chục meV Vì giam giữ điện tử lỗ trống vùng nhỏ, lượng liên kết lực dao động tử tăng che phủ khơng gian hàm sóng điện tử lỗ trống tăng Đối với chấm lượng tử, mật độ trạng thái có giá trị nonzero mức lượng gián đoạn (được lượng tử hoá) Lực dao động tử dịch chuyển quang học dịch chuyển vùng phụ thuộc vào mật độ liên kết trạng thái mức vùng hoá trị mức vùng dẫn, mà chúng dịch chuyển quang học xảy Hơn nữa, phụ thuộc vào che phủ hàm sóng điện tử lỗ trống Cả hai yếu tố sinh tăng mạnh lực dao động tử điều kiện giam giữ Hiệu ứng hoàn toàn đáng kể sợi lượng tử chấm lượng tử 1.2.4 Hiệu ứng Stark giam giữ lượng tử Hiệu ứng xuất việc áp đặt điện trường tới mức lượng, tới phổ quang học, gọi hiệu ứng Stark Các cấu trúc giam giữ lượng tử biểu lộ thay đổi rõ ràng phổ quang học sử dụng điện trường dọc theo hướng giam giữ Điện trường làm trộn lẫn trạng thái bị lượng tử hoá khác dẫn đến phân bố lại lực dao động tử trạng thái kích thích phép Chẳng hạn, khơng có điện trường, dịch chuyển Δn mức lượng tử hoá vùng dẫn vùng hố trị, ví dụ n =  n = 1, phép với giếng lượng tử đối xứng tức giếng lượng tự có hàng rào hai mặt giống Nguyên nhân cho tượng có thay đổi lớn phổ hấp thụ quang học tương ứng với dịch chuyển exciton, theo hàm điện trường áp theo hướng giam giữ Hiệu ứng gọi hấp thụ điện tử (electro - absorption), dẫn đến thay đổi tương ứng Δn phần thực chiết suất dùng để điều biến lan truyền ánh sáng điện trường áp vào Ứng dụng linh kiện giếng lượng tử sử dụng nguyên tắc để làm điều biến quang - điện 1.3 Chế tạo chấm lượng tử 1.3.1 Phương pháp Thiol Trong phương pháp này, người ta sử dụng thiols tác nhân trình chế tạo chấm lượng tử II-VI Muối sắt hòa tan nước với thiols ổn định, để sinh nano tinh thể CdSe, CdTe, HeTe CdHgTe Các thiols thường sử dụng là: 1- thioglycerol, 2-mer-captoethanol, 1mercapto-2propanol, 1,2-dismercapto-3-propanol, thiogalycolic acid, thiolactic acid cystemine Tiếp đó, nhiệt cung cấp cho dung dịch phản ứng để bắt đầu trình tạo chấm lượng tử Kích thước chấm lượng tử phụ thuộc chủ yếu vào mật độ tập trung các chất hóa học thời gian xử lý nhiệt trình chế tạo Để biết kích thước, hình dạng chấm lượng tử sau chế tạo phương pháp Thiol này, mẫu chụp với thiết bị HRTEM, kết cho thấy phân tán chấm mở rộng, kích thước hạt nằm dải đến 6nm Với việc tổng hợp chấm lượng tử phương pháp thiol cho kết tốt, người ta ứng dụng cách tiến hành phân tán chấm màng polymer để chế tạo thiết bị phát sáng, sử dụng thiết bị viễn thông 1.3.2 Phương pháp chế tạo chấm lượng tử TOP/TOPO Phương pháp chế tạo chấm lượng tử TOP/TOPO thực lần vào năm 1993 Đây phương pháp nhiệt phân phản ứng hợp chất hữu kim loại (dimethylcadmium bis(trimethylsilyl)selenium) dung môi nhiệt độ cao (tri-n- octylphosphine oixde (TOPO) tri-n-octylphosphine (TOP) Phương pháp điều khiển tốc độ mọc tinh thể cho phép tạo hạt nhân riêng biệt Sự kết tủa với kích thước điều khiển làm phân tán hạt có kích thước nhỏ Phương pháp thu nhiều kết thành cơng tính đa dụng nó, khả tái sản xuất nhiều lần đặc biệt chất lượng cao tinh thể chế tạo tinh khiết hạt đồng dạng với Người ta áp dụng thành công phương pháp để chế tạo chấm lượng tử nano bán dẫn III-VI IV-VI Ngay sau chế tạo thành công chấm lượng tử phương pháp tổng hợp TOP/TOPO, nhiều phịng thí nghiệm lớn tiến hành nghiên cứu sâu tính chất quang tinh CdSe tổng hợp phương pháp này, với dải rộng kích thước chấm lượng tử khác nhau, với đặc tính bề mặt tinh thể Nhiều công bố rằng, ổn định ánh sáng, hiệu suất phát quang lớn chấm lượng tử tạo theo phương pháp nhiều nhà vật lý sử dụng để nghiên cứu khả phát xạ đơn tinh thể CdSe tinh thể bán dẫn loại II-VI, hình thành từ 10 nguyên tố cột II (Cd) bảng tuần hoàn Mendeleev nguyên tố cột VI (Se), với vùng cấm thẳng lượng vùng cấm Eg=1.8eV 1.4 Ứng dụng chấm lượng tử Hiện nhà khoa học tập chung nghiên cứu loại chấm lượng tử hợp chất thuộc nhóm AIIBVI CdSe, ZnSe, CdTe, CdSe/CdS, CdSe/ZnS…bởi chúng có phổ kích thích rộng, phổ phát xạ hep, hiệu suất huỳnh quang cao có tính chất quang ổn định Nhờ tính chất ưu việt hiệu ứng giam giữ lượng tử mang lại tăng tính chất điện, tăng khả xúc tác quang hóa, thay đổi tính chất phát quang nên chấm lượng tử nghiên cứu chế tạo thiết bị phát quang QDs-LED phát ánh sáng xanh ánh sáng đỏ, Các chấm lượng tử có nhiều triển vọng ứng dụng linh kiện dẫn sóng chứa chấm lượng tử vùng hồng ngoại, LED chấm lượng tử, Laser chấm lượng tử, làm chất huỳnh quang đánh dấu sinh học 1.4.1 Điốt phát quang hiệu suất cao Trước hết xuất phát từ cần thiết thực tế mong muốn chế tạo thiết bị phát quang LED cho hiệu suất cao, độ đơn sắc cao phổ phát quang hẹp sau dựa lý thuyết mà người ta chế tạo LED Ở nano tinh thể CdSe có lớp vỏ bọc hồn tồn dùng để chế tạo Diode phát quang chấm lượng tử phương pháp spin- coating đơn lớp Các nano tinh thể cấu trúc CdSe/ZnSe/ZnS phân tán dung môi (lơ lửng dạng huyền phù), trình spin-coating, đơn lớp trải lớp đế có khả truyền dẫn lỗ trống HTL (hole-transport layer) Kết thu lớp chấm lượng tử chất lượng cao với độ dày thay đổi đơn giản từ nồng độ dung dịch nhỏ trực tiếp lên đế HTL tốc độ spin-coating Về mặt lý thuyết, phổ phát xạ LED chấm lượng tử tạo phương pháp hẹp, cỡ khoảng 30 nm (FWHM), điện huỳnh quang từ QDs-LED 11 gần khơng thể cho phát xạ thiết bị LED hữu cho dù điện áp có thay đổi Khơng vậy, hiệu suất lượng tử ngoại QDs-LED tăng khoảng 0.8% độ sáng 100 cd/m2, (với độ sáng lớn 1000 cd/m2) Như hiệu suất quang học QDs-LED vượt xa so với chất bán dẫn hữu khác 1.4.2 Pin quang hóa (Pin mặt trời) Với tình trạng giá nhiên liệu ngày tăng nỗi lo lắng ấm dần lên trái đất pin mặt trời có ý nghĩa đặc biệt quan trọng khả ứng dụng chấm lượng tử biến đổi lượng mặt trời lớn Sự thật thiết bị biến đổi lượng mặt trời chế tạo từ chấm lượng tử nhiều tổ chức khoa học nghiên cứu phát triển Cũng dễ hiểu rằng, chấm lượng tử bán dẫn có sở vững để chế tạo lớp màng mỏng làm pin mặt trời Và việc chế tạo pin mặt trời đòi hỏi hỏi khả biến đổi, giữ phân ly điện tích, để mang lại lợi ích lớn từ chấm lượng tử Chấm lượng tử ứng dụng nhiều việc nâng cao hiệu suất chuyển hóa pin mặt trời 1.4.3 Đánh dấu huỳnh quang sinh học Một ứng dụng của chấm lượng tử huyền phù đánh dấu huỳnh quang, bắt đầu đưa vào năm 1998 Người ta chấm lượng tử huyền phù có khả ổn định quang hẳn chất màu phân tử mà trước biết, phát xạ huỳnh quang hẹp nhiều cho dải phổ hấp thụ liên tục Các chấm lượng tử lại phát huỳnh quang vùng hồng ngoại gần, vùng suốt phân tử máu, mà phân tử hữu huỳnh quang bị yếu nhiều Các tính chất kết gia tăng điện tử lỗ trống kích thích quang chất lỏng, quang hóa đi, cặp điện tử - phonon yếu chất bán dẫn so với vật liệu hữu 12 Tất tính chất trội này, có từ khảo sát thay đổi bề mặt chấm lượng tử huyền phù, biến đổi cho chúng tan nước đặc biệt liên kết với gốc sinh học để ảnh Các chấm lượng tử huyền phù ngày thương mại hóa rộng rãi để đánh dấu sinh học huỳnh quang protein Trong y sinh, đánh dấu huỳnh quang sử dụng việc ảnh sinh học mặt mạnh không kể đến chấm lượng tử, laser chấm lượng tử CdSe bơm quang 1.4.4 Chế tạo thiết bị phát quang Một ứng dụng khác ứng dụng chấm lượng tử vào Diot phát quang Sau nhiều năm nghiên cứu, kết gần cho thấy hồn tồn có khả tăng cường hiệu suất phát quang LED để đưa vào thương mại hóa Tuy nhiên từ lâu, LED chấm lượng tử phải dùng lớp hữu truyền dẫn điện tử lỗ trống giống LED hữu Nguyên nhân kỹ thuật phát xạ ánh sáng hầu hết dựa nguyên tắc truyền lượng từ tái hợp cặp điện tử - lỗ trống huỳnh quang hữu từ chấm lượng tử Các chấm lượng tử hoạt động giống photpho trực tiếp đóng vai trị thu giữ truyền dẫn hạt tải Tất nhiên rằng, lớp hoạt động (lớp chấm lượng tử) phải mỏng, khoảng gấp hai monolayer, điều khó có khả thực lớp tái hợp LED hữu Một điều thuận lợi thiết bị LED chấm lượng tử khơng cần q trình tiêm thêm điện tử lỗ trống Đó may mắn lớn trình tiêm điện tử lỗ trống vào vùng tích cực LED thơng thường khó nhiều 13 vai trị chấm lượng tử CdSe phát quang vùng ánh sáng nhìn thấy khơng thể thay đổi Thêm vào đó, để tiêm trực tiếp điện tử lỗ trống vào LED vô cơ, vốn cần phải cấp dòng cao Do vậy, việc tiêm trực tiếp điện tử lỗ trống thực tái hợp xạ thành cơng pin điện hóa dùng để tạo thiết bị quang điện hóa Đối với thiết bị yêu cầu dòng thấp hơn, chấm lượng tử huyền phù giống vật liệu điện cực Crom, nơi mà hấp thụ huỳnh quang tắt mở với điều kiện số lượng điện tử chấm nhỏ, mà hiệu suất đặc biệt cao kích thước chấm lượng tử nhỏ dần Đây yếu tố tiên cho ứng dụng phát quang hiệu suất cao 1.4.5 Phốt hồng ngoại Các chấm lượng tử huyền phù có tính chất phù hợp cách đặc biệt với vật liệu quang vùng hồng ngoại Quả thực, dãy phổ vùng nhìn thấy tử ngoại, phân tử màu hữu có hiệu suất phát quang gần 100% Tuy nhiên vùng hồng ngoại chấm lượng tử lại chiếm ưu nhiều so với chất màu hữu Bởi vì, phân tử màu hữu có tần số dao động cao mà liên kết mạnh với chuyển dời điện tử dẫn đến hồi phục nội phân tử nhanh Vì thế, hiệu suất lượng tử phân tử màu thường 1% xung quanh khoảng micro mét màu hữu khơng có khả cho dị tìm quang huỳnh quang micro mét Các chấm lượng tử vô tạo từ nguyên tử nặng có tần số dao động thấp chúng có khả phát xạ tốt vùng hồng ngoại gần với hiệu suất lên đến 80% 1.5 PMMA polyme PMMA(PolyMethylMethAcrylate) loại nhựa acrylic chế tạo chủ yếu từ MMA(MethylMeth Acrylate) monome Ngày PMMA thường chế tạo phường pháp đồng-trùng hợp (co-polymerization) 14 MMA/MA hay MMA/EA Thơng thường, PMMA sản xuất q trình trùng hợp metyl metacrylat (MMA) Cho đến nay, phương pháp để sản xuất tiền chất MMA - 2- hydroxyisobutyrat (2-HIBA) quy trình hóa học túy dựa nguyên liệu hóa dầu Hiện nay, nhà hóa học tồn cầu tìm kiếm quy trình sinh học thích hợp cho phép sử dụng nguyên liệu tái tạo để tổng hợp MMA Với dải sóng truyền qua từ 240nm đến khoảng 1600nm, khả truyền qua PMMA cao chấm lượng nc-CdSe có ảnh hưởng đáng kể dến tính chất hấp thụ tính chất phát quang vật liệu tổ hợp ncCdSe/PMMA CHƯƠNG II CHẤM LƯỢNG TỬ BÁN DẪN VỚI CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO PIN MẶT TRỜI Một tế bào lượng mặt trời chấm lượng tử (QDSC) tế bào lượng mặt trời sử dụng chấm lượng tử vật liệu quang điện hấp thụ Nó cố gắng để thay vật liệu số lượng lớn silicon , đồng indium gallium selenide (CIGS) CdTe Chấm lượng tử có độ rộng vùng cấm mà trải dài qua mức lượng cách thay đổi kích thước chấm Trong vật liệu rời, độ rộng vùng cấm cố định lựa chọn vật liệu Tính chất làm cho chấm lượng tử hấp dẫn pin mặt trời đa giao điểm , nơi mà loạt vật liệu sử dụng để cải thiện hiệu cách thu hoạch nhiều phần quang phổ mặt trời 2.1 Ưu điểm 2.1.1 Có nhiều diện tích để hấp thụ ánh sáng Vì kích thước chấm lượng tử nhỏ nên có nhiều hạt bề mặt pin mặt trời Điều giúp cho khả hấp thụ ánh sáng mặt trời tăng lên nhiều Vì với diện tích lắp đặt 15 pin mặt trời chấm lượng tử cho hiệu suất cao nhiều 2.1.2 Khả thu thêm điện tử phát Một cách khác để nâng cao hiệu thu thêm lượng điện tử phát từ vật liệu đơn vùng cấm Trong vật liệu truyền thống silicon, khoảng cách từ vị trí phát thải đến điện cực nơi chúng thu hoạch xa phép điều xảy ra; electron trải qua nhiều tương tác với vật liệu tinh thể lưới, cho lượng thêm nhiệt Silicon dạng màng vơ định hình thử thay thế, khuyết tật vốn có vật liệu lấn át lợi tiềm ẩn chúng Các tế bào màng mỏng đại nói chung hiệu so với silic truyền thống Các chấm lượng tử cấu trúc nano đúc phim đồng để tránh vấn đề có khuyết điểm Chúng phụ thuộc vào vấn đề khác liên quan đến chấm lượng tử, đặc biệt vấn đề suất điện trở giữ nhiệt 2.1.3 Nhiều exciton Một số exciton tạo cách có hiệu hấp thụ photon lượng đơn chấm lượng tử Việc thu hút nhiều lượng ánh sáng mặt trời Trong phương pháp tiếp cận này, gọi "multiplication carrier" (CM) hay " multiple exciton generation " (MEG), chấm lượng tử điều chỉnh để giải phóng nhiều cặp lỗ điện tử lượng thấp thay cặp lượng cao Điều làm tăng hiệu thơng qua tăng dịng quang điện 2.1.4 Khơng oxy hố Năm 2014 nhóm Đại học Toronto sản xuất chứng minh loại tế bào loại C-type CQD sử dụng PbS với điều trị đặc biệt để khơng liên kết với oxy Tế bào đạt hiệu suất 8%, cần nhút nhát kỷ lục hiệu QD Những tế bào tạo khả tế bào "phun" không tráng Tuy nhiên, loại n-type CQD khơng khí thực chế tạo môi trường không ôxy Cũng năm 2014, nhóm nghiên cứu khác MIT cho thấy pin mặt trời ZnO / PbS ổn định khơng khí chế tạo khơng khí đạt hiệu suất kỷ lục 8,55% (9,2% phòng thí nghiệm) chúng hấp thụ ánh sáng tốt, vận chuyển điện cho nguồn cạnh tế bào Những tế bào hiển thị chưa có máy ổn định cho tế bào lượng mặt trời chấm lượng tử hiệu suất không thay đổi 150 ngày kể từ đặt khơng khí 16 2.2 Khuyết điểm Chấm lượng tử bán dẫn khái niệm Chưa có nhiều nghiên cứu hồn chỉnh vấn đề nên ứng dụng chấm lượng tử bán dẫn vào pin mặt trời nhiều sai sót cần phải khắc phục địi hỏi phải nghiên cứu thêm Giá thành sản phẩm cao so với nhu cầu sử dụng người Ngoài để chế tạo sử dụng pin mặt trời chấm lượng tử cần có nhân lực chất lượng cao địi hỏi trình độ 2.3 Tiềm sử dụng chấm lượng tử vào pin mặt trời hiệu suất cao Với tính chất vượt trội ưu điểm chấm lượng tử bán dẫn so với vật liệu thông thường, chấm lượng tử bán dẫn có tiềm lớn việc ứng dụng vào chế tạo pin mặt trời với suất cao giá thành rẻ, có độ bền cao theo thời gian Hiện cần có thêm nhiều nghiên cứu vấn đề tương lai gần nhà khoa học hi vọng vào đột phá công nghệ pin mặt trời dựa vào chấm lượng tử bán dẫn KẾT LUẬN Vì thời gian nghiên cứu có hạn nên báo cáo có nhiều sai sót chưa đầy đủ, mong q thầy thông cảm bổ sung Chấm lượng tử bán dẫn vật liệu tiềm nhiều ứng dụng nên nghiên cứu nhiều Pin mặt trời ứng dụng chấm lượng tử bán dẫn mà người ta thấy kết khả quan phía trước bước đột phá công nghệ pin mặt trời Em xin kết thúc báo cáo 17 ... TÍNH CHẤT CỦA CHẤM LƯỢNG TỬ 1.1 Giới thiệu chung chấm lượng tử 1.2 Các tính chất chấm lượng tử 1.3 Chế tạo chấm lượng tử 1.4 Ứng dụng chấm lượng tử 11 CHƯƠNG II: CHẤM LƯỢNG TỬ BÁN DẪN VỚI CÔNG... trống gần Trong bán dẫn tinh thể, hàm sóng điện tử chấm lượng tử kéo dài qua số mạng Tương tự với phân tử, chấm lượng tử có phổ lượng lượng tử hoá mật độ lượng tử trạng thái điện tử gần với cạnh... chấm lượng tử tính chất quang Số lượng điện tử chấm lượng tử điều khiển xác Chấm lượng tử có điện tử tới hàng ngàn điện tử Các transistor đơn điện tử có tiềm ứng dụng rộng rãi lương lai Các chấm