Nghiên cứu chế tạo và khảo sát tính chất của pin mặt trời dựa trên cấu trúc lai dây nano silic poly 3,4 ethylenedioxythiophene polystyrene sulfonate graphen

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Thị Châm NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CỦA PIN MẶT TRỜI DỰA TRÊN CẤU TRÚC LAI DÂY NANO SILIC/POLY(3,4-ETHYLENEDIOXYTHIOPHENE):POLYSTYRENE SULFONATE/GRAPHEN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2020 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Thị Châm NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CỦA PIN MẶT TRỜI DỰA TRÊN CẤU TRÚC LAI DÂY NANO SILIC/POLY(3,4-ETHYLENEDIOXYTHIOPHENE):POLYSTYRENE SULFONATE/GRAPHEN Chuyên ngành: Vật lý chất rắn Mã số: 8440130.02 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Phạm Văn Trình PGS.TS Lê Tuấn Tú Hà Nội - 2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn cơng trình nghiên cứu tơi − học viên Nguyễn Thị Châm, chuyên ngành Vật lý chất rắn, khoa Vật lý, trường Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội hoàn thành hướng dẫn TS Phạm Văn Trình PGS.TS Lê Tuấn Tú Bản luận văn không chép từ tài liệu Nếu luận văn chép từ tài liệu xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước đơn vị đào tạo pháp luật Hà Nội, ngày 20 tháng 11 năm 2020 Học Viên Nguyễn Thị Châm LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Lê Tuấn Tú TS Phạm Văn Trình, người trực tiếp giao đề tài tận tình hướng dẫn em hồn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn toàn thể cán phịng Vật liệu Cácbon nanơ, Viện Khoa học Vật liệu cung cấp sở vật chất bảo tận tình em suốt trình làm thực nghiệm, nghiên cứu, hoàn thành luận văn Em xin bày tỏ lịng biết ơn thầy giáo thuộc Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội bảo giảng dạy em suốt năm học qua việc hồn thành luận văn Tơi xin gửi lời cảm ơn đến GS Naoki Fukata viện NIMS, Nhật Bản sẵn sàng ủng hộ, giúp đỡ thực số phép đo khảo sát tính chất vật liệu phục vụ cho luận văn Nội dung luận văn phần công việc đề tài Độc lập trẻ cấp Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam mã số ĐLTE00.03/19-20 đề tài Nafosted mã số 104.06-2018.34 Cuối cùng, xin bày tỏ tình cảm tới người thân gia đình, bạn tập thể lớp động viên, hỗ trợ em mặt Em xin chân thành cảm ơn! Học viên: Nguyễn Thị Châm MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan pin mặt trời 1.1.1 Năng lượng mặt trời 1.1.2 Nguyên lý hoạt động pin mặt trời 1.1.4 Pin mặt trời cấu trúc lai vô cơ-hữu 1.2 Tình hình nghiên cứu pin mặt trời nước 13 Chương THỰC NGHIỆM 17 2.1 Chế tạo hỗn hợp PEDOT:PSS/Gr 17 2.2 Chế tạo SiNW 20 2.3 Chế tạo pin mặt trời 21 2.4 Các phương pháp phân tích 22 2.4.1 Kính hiển vi điện tử quét .22 2.4.2 Phổ tán xạ Raman 23 2.4.3 Phổ FTIR Phổ UV-VIS 24 2.4.4 Khảo sát độ dẫn phương pháp đo điện trở bốn mũi dò 25 2.4.5 Đặc trưng J-V .26 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .27 3.1 Kết biến tính Graphen 27 3.2 Tính chất màng PEDOT:PSS/Gr .28 3.3 Kết chế tạo SiNW 31 3.4 Đặc trưng tính chất pin mặt trời .33 3.4.1 Ảnh hưởng nồng độ graphen 33 3.4.2 Ảnh hưởng chiều dài SiNW 35 KẾT LUẬN 40 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt CFs Carbon fibers Sợi bon CNTs Carbon Nanotubes Ống nanô cacbon CVD Chemical Vapor Deposition Ngưng tụ pha hoá học Energy Dispersive X-Ray spectroscopy Fourier Tranform Infrared spectroscopy Phổ tán xạ lượng tia X Gr Graphen Graphen J-V Current density- Voltage Đặc trưng dòng-thế MWCNTs Multi-Walled Carbon Nanotubes Ống nanô cacbon đa tường PEDOT:PSS poly(3,4ethylenedioxythiophene):polystyrene sulfonate SEM Scanning Electron Microscopy Kính hiển vi điện tử quét SiNWs Silicon nanowires Dây nano Silic SWCNTs Single-Walled Carbon Nanotubes Ống nanô cacbon đơn tường UV-VIS Ultraviolet–visible spectroscopy Phổ hấp thụ hồng ngoại EDX FTIR Phổ hồng ngoại DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1 Phổ xạ mặt trời Hình 1.2 Cấu tạo tế bào lượng mặt trời điển hình Hình 1.3 Hiệu ứng quang điện Hình 1.4 Giá thành($/Wp) hiệu suất hệ pin mặt trời Hình 1.5 Hiệu suất cao thu pin mặt trời dựa cấu trúc, vật liệu khác Hình 1.6 Pin mặt trời sử dụng SiNW với cấu trúc pn dạng lõi-vỏ Hình 1.7 Pin mặt trời sử dụng cấu trúc hybrid Si NW/PEDOT:PSS có hiệu suất 13.2% (a) SiNW, (b) SiNW sau phủ PEDOT:PSS, (c) đặc trưng J-V (d) hệ số phản xạ 10 Hình 1.8 Các tính chất pin mặt trời sử dung cấu trúc hybrid SiNW/PEDOT:PSS/GO 11 Hình 1.9 (a) Pin mặt trời sử dụng cấu trúc PEDOT:PSS/Si GQDs, (b) Đặc trưng J-V pin mặt trời với nồng độ GQD khác (c) hiệu suất lượng tử ngoại pin mặt trời 12 Hình 1.10 Đặc trưng I/V pin mặt trời sử dụng cấu trúc Au@TiO2 13 Hình 1.11 Pin mặt trời hữu có hiệu suất chuyển đổi lớn 10% 13 Hình 1.12 Đặc trưng I/V pin mặt trời sử dụng cấu trúc ITO/PEDOT/P3HT:PCBM/LiF/Al (WOSC) and ITO/ZnO/PEDOT/P3HT:PCBM/LiF/Al (BOSC) 14 Hình 1.13 Mơ hình cấu trúc pin mặt trời sử dụng cấu trúc hybrid SiNW/PEDOT:PSS/Gr điểm ưu việt nghiên cứu 15 Hình 2.1 Quy trình chế tạo pin mặt trời SiNW/PEDOT:PSS/Gr 17 Hình 2.2 Quy trình chế tạo hỗn hợp dung dịch PEDOT:PSS/Gr 18 Hình 2.3 (a) Ảnh SEM (b) ảnh HRTEM graphen chế tạo phương pháp bóc tách điện hóa có hỗ trợ plasma 18 Hình 2.4 Qui trình biến tính gắn nhóm chức COOH lên ống graphen 19 Hình 2.5 Quy trình chế tạo SiNW phương pháp ăn mịn hóa học 20 Hình 2.6 Quy trình chế tạo pin mặt trời SiNW/PEDOT:PSS/Gr số thiết bị 21 Hình 2.7 Sơ đồ khối kính hiển vi điện tử quét 23 Hình 2.8 (a) Sơ đồ hệ FTIR (b) mơ hình mẫu đo 24 Hình 2.9 Thiết bị đo UV-VIS (Jacos V670) 25 Hình 2.10 Sơ đồ đo điện trở phương pháp mũi dò (a) thiết bị đo JANDEL (b) 25 Hình 2.11 Hệ đo đặc trưng J-V pin mặt trời 26 Hình 3.1 Phổ Raman Graphen Gr-COOH 27 Hình 3.2 Phổ FTIR Graphen Gr-COOH 28 Hình 3.3 Ảnh SEM màng PEDOT:PSS/Gr đế thủy tinh 29 Hình 3.4 Phổ Raman màng PEDOT:PSS/Gr đế thủy tinh 29 Hình 3.5 UV-VIS màng PEDOT:PSS/Gr đế thủy tinh 30 Hình 3.6 Điện trở độ dẫn điện màng PEDOT:PSS/Gr đế thủy tinh 31 Hình 3.7 SiNW chế tạo theo thời gian khác 1, 3, 6, 15, 30 60 phút hỗn hợp dung dịch HF 4.6M + AgNO3 0.02M 31 Hình 3.8 Tốc độ hình thành SiNW theo thời gian ăn mịn 32 Hình 3.9 Quy trình chế tạo pin mặt trời cấu trúc lai n-Si/PEDOT:PSS/Gr 33 Hình 3.10 Đặc trưng J-V pin mặt trời theo nồng độ Gr khác 34 Hình 3.11 Hiệu suất chuyển đổi pin mặt trời theo nồng độ Gr khác 35 Hình 3.12 Ảnh hưởng chiều dài SiNW đến hình thành cấu trúc lai SiNW/PEDOT:PSS/Gr 35 Hình 3.13 Hệ số phản xạ pin mặt trời cấu trúc SiNW/PEDOT:PSS/Gr với chiều dài SiNW khác 36 Hình 3.14 Hiệu suất lượng tử ngoại pin mặt trời cấu trúc SiNW/PEDOT:PSS/Gr với chiều dài SiNW khác 37 Hình 3.15 Đặc trưng J-V pin mặt trời theo chiều dài SiNW khác 38 Hình 3.16 Chuẩn hóa thông số Jsc, Voc FF pin mặt trời theo chiều dài SiNW khác 38 MỞ ĐẦU Hiện nguồn lượng truyền thống dầu, khí đốt dần bị cạn kiệt nhu cầu sử dụng tăng cao với phát triển loài người Vì vậy, việc tìm nguồn lượng để thay cần thiết, nguồn lượng đó, lượng mặt trời coi nguồn lượng thay có tiềm Kể từ phát nay, có nhiều cấu trúc pin mặt trời nghiên cứu phát triển phân chia thành ba hệ pin mặt trời chính: (I) pin mặt trời sở vật liệu Si khối (đơn tinh thể, đa tinh thể), (II) pin mặt trời sở màng mỏng (CIGS, CdTe, DSSC, v.v ) (III) pin mặt trời dựa cấu trúc nano vật liệu nano Pin mặt trời thương mại thường chế tạo tảng vật liệu Si dạng khối khơng địi hỏi chi phí chế tạo cao mà cịn hạn chế mặt hiệu suất Vì vậy, việc khai thác nguồn lượng bị hạn chế nhiều giá thành cung cấp cao so với nguồn lượng khác Nhu cầu nghiên cứu hệ pin mặt trời với hiệu suất chuyển đổi lượng cao, giá thành hạ tuổi thọ dài cần thiết Nhiều cách tiếp cận thực để hạ thấp giá thành pin mặt trời dựa tảng vật liệu Si, pin mặt trời Si sử dụng cấu trúc màng mỏng phát triển giải pháp tiềm năng; nhiên, pin mặt trời Si cấu trúc màng mỏng lại có hiệu suất thấp so với pin mặt trời dạng khối khả hấp thụ quang bị hạn chế chiều dày lớp vật liệu Pin mặt trời hữu nghiên cứu phát triển với kỳ vọng hạ giá thành cung cấp Tuy nhiên, vấn đề pin mặt trời hữu hiệu suất chuyển đổi đạt chưa cao có độ ổn định thấp Gần đây, hệ pin mặt trời dựa tảng sử dụng cấu trúc lai kết hợp vật liệu vô vật liệu hữu nhận kỳ vọng quan tâm nhà nghiên cứu việc nâng cao hiệu suất chuyển đổi cách cải thiện khả hấp thụ quang tập chung hạt tải Trong đó, vật liệu vô dựa tảng dây nanô Si (SiNW) thể khả hấp thụ tuyệt vời mà cịn cung cấp diện tích bề mặt lớn so sánh với vật liệu Si dạng khối hay màng mỏng Vì vậy, sử dụng cấu trúc SiNW vào pin mặt trời thu hút quan tâm lớn nhà khoa học, kỹ sư nhà phát triển công nghệ hướng tới khả nâng cao hiệu suất chuyển đổi tiết kiệm chi phí sản suất so sánh với hệ pin mặt trời Si dạng khối dạng màng hướng tăng giảm hiệu suất chuyển đổi pin mặt trời gần tương tự với tăng giảm độ dẫn màng PEDOT:PSS/Gr (Hình 3.11) Như vậy, ta kết luận rằng, hỗn hợp PEDOT:PSS/Gr với nồng độ Gr 0.5%Gr hỗn hợp tối ưu để pin mặt trời lai n-Si/PEDOT:PSS/Gr đạt hiệu suất chuyển đổi cao Bảng3.1 Các đặc trưng pin mặt trời Si/PEOT:PSS/Gr với nồng độ Gr khác nhau: mật dòng ngắn mạch (Jsc), hở mạch (Voc), điện trở Rs, hệ số lấp đầy (FF) hiệu suất chuyển đổi () Hình 3.10 Đặc trưng J-V pin mặt trời theo nồng độ Gr khác 34 Hình 3.11 Hiệu suất chuyển đổi pin mặt trời theo nồng độ Gr khác 3.4.2 Ảnh hưởng chiều dài SiNW Hình 3.12 Ảnh hưởng chiều dài SiNW đến hình thành cấu trúc lai SiNW/PEDOT:PSS/Gr Ảnh hưởng chiều dài SiNW đến tính chất pin mặt trời nghiên cứu khảo sát SiNW với chiều dài khác 125 nm, 400 nm, 800 nm 2000 nm sử dụng để chế tạo pin mặt trời SiNW/PEDOT/PSS Cấu trúc SiNW sau phủ PEDOT:PSS trình bày hình 3.12 Ta thấy với SiNW 35 có chiều dài ngắn 400 nm hỗn hợp PEDOT:PSS/Gr gần lấp đầy hoàn toàn khe hở SiNW Trong đó, với mẫu có SiNW dài 400 nm gần hỗn hợp PEDOT:PSS/Gr khơng lấp đầy khoảng trống khe SiNW mà hình thành lớp màng riêng biệt phía đỉnh SiNW Hiện tượng tụ đám SiNW chiều dài tăng lên mô tả thảo luận phần nghiên cứu chế tạo SiNW Ảnh hưởng chiều dài SiNW đến hệ số phản xạ vùng phổ 300 ÷ 1100 cấu trúc SiNW/PEDOT:PSS/Gr thể hình 3.13 Từ phổ ta thấy có chuyển tiếp rõ nét dải khoảng từ 1000 ÷ 1100 nm, đặc trưng Si Hệ số phản xạ giảm xuống so sánh SiNW đế Si phẳng (38%) Với SiNW có chiều dài 125 nm hệ số phản xạ xác định vào khoảng 25% Khi chiều dài SiNW tăng lên 400 nm hệ số phản xạ giảm xuống 15% Hệ số phản xạ SiNW có chiều dài lớn 800nm có thay đổi khơng đáng kể, hệ số phản xạ xác định vào khoảng 5% Như vậy, thấy SiNW dài hệ số phản xạ thấp Nguyên nhân tượng tượng giam giữ tương tác ánh sáng SiNW Việc giảm hệ số phản xạ sử dụng SiNW sở để cải thiện hiệu suất chuyển đổi pin mặt trời sử dụng cấu trúc lai SiNW/PEDOT:PSS/Gr Hình 3.13 Hệ số phản xạ pin mặt trời cấu trúc SiNW/PEDOT:PSS/Gr với chiều dài SiNW khác 36 Để nghiên cứu sâu ảnh hưởng chiều dài SiNW đến tính chất pin mặt trời cấu trúc SiNW/PEDOT:PSS/Gr, hiệu suất lượng tử ngoại (EQE) đo nhiệt độ phòng EQE pin mặt trời với chiều dài SiNW khác thể hình 3.14 Ta thấy EQE phụ thuộc vào chiều dài SiNW tăng lên với chiều dài SiNW định sau giảm xuống, điều khác hẳn với xu hướng tính chất giam giữ ánh sáng thể qua hệ số phản xạ Pin mặt trời với SiNW ngắn 400 nm có khả biến đổi photon hấp thụ thành dòng cách hiệu dải phổ từ 300 ÷ 1000 nm [22] Pin mặt trời 400 nm-SiNW/PEDOT:PSS/Gr có EQE lớn với giá trị khoảng 50–55% dải từ 300–700 nm, lớn tất cấu hình pin mặt trời với chiều dài khác kể với pin mặt trời có chiều dài SiNW lớn 800 nm, có khả giam giữ ánh sáng thấp Nguyên nhân suy giảm EQE pin mặt trời có SiNW lớn 400 nm cho hiệu suất tập trung hạt tải giảm, trình tái hợp hạt tải tăng lên suốt trình vận chuyển tới điện cực quãng đường tự tăng lên [22] Ngoài ra, tụ đám SiNW với chiều dài lớn 400 nm nguyên nhân dẫn đến suy giảm EQE pin mặt trời không tạo cấu trúc p-n diện tích lớn, dẫn đến sụt giảm phân ly hạt mang điện tích lớp tiếp giáp p-n Hình 3.14 Hiệu suất lượng tử ngoại pin mặt trời cấu trúc SiNW/PEDOT:PSS/Gr với chiều dài SiNW khác 37 Bảng 3.2 Các đặc trưng pin mặt trời SiNW/PEOT:PSS/Gr với SiNW có chiều dài khác nhau: mật dòng ngắn mạch (Jsc), hở mạch (Voc), điện trở Rs, hệ số lấp đầy (FF) hiệu suất chuyển đổi () Hình 3.15 Đặc trưng J-V pin mặt trời theo chiều dài SiNW khác Hình 3.16 Chuẩn hóa thơng số Jsc, Voc FF pin mặt trời theo chiều dài SiNW khác 38 Để làm sáng tỏ ảnh hưởng chiều dài SiNW đến tính chất pin mặt trời SiNW/PEDOT:PSS/Gr, đặc trưng J-V đo thể bảng 3.2 Hình 3.15 Từ kết đo ta thấy rõ hiệu suất chuyển đổi quang điện tăng giảm theo xu hướng EQE Các thông số dòng Jsc, Voc, hệ số FF hiệu suất  pin mặt trời cấu trúc lai tăng lên với SiNW ngắn 400 nm Pin mặt trời SiNW/PEDOT:PSS/Gr với SiNW 400 nm với EQE cao cho hiệu suất chuyển đổi quang điện tốt 8.16% thông số khác Jsc  26.86 mA cm−2, Voc  0.54 V, FF  56 % Trong tất thơng số kể Jsc có liên quan mật thiết đến EQE Vì vậy, Jsc pin mặt trời với SiNW 400 nm chuyển đổi photon hấp thụ thành dòng hiệu dải 300 ÷ 1100 nm Sự tăng lên điện trở Rsh cho nguyên nhân dẫn đến Voc tăng lên [22] Pin mặt trời với SiNW 400 nm có điện trở Rsh (626.1 Ω/cm2) lớn nhiều so với pin mặt trời dạng khác (Hình 3.16) Ngồi ra, thời gian sống hạt tải phụ (minority carrier) tăng lên nguyên nhân dẫn tới tăng Voc [22] Pin mặt trời có SiNW ngắn có khả giảm bớt tái hợp hạt tải khoảng cách vận chuyển hạt tải ngắn thời gian sống hạt tải phụ tăng lên Khi chiều dài SiNW tăng lên đến 800 nm hiệu suất chuyển đổi pin mặt trời giảm xuống theo xu hướng EQE Nguyên nhân thảo luận phần tu đám SiNW làm cản trở hình thành lớp tiếp giáp p-n diện tích lớn tái hợp hạt tải tăng lên khoảng cách vận chuyển hạt tải tăng lên Như vậy, đến ta kết luận hiệu suất chuyển đổi quang điện pin mặt trời SiNW/PEDOT:PSS/Gr cải thiện sử dụng SiNW có chiều dài cho cân khả vận chuyển hạt tải hiệu ứng giam giữ ánh sáng Trong nghiên cứu SiNW có chiều dài 400 nm cho hiệu suất chuyển đổi tốt tối ưu khả vận chuyển hạt tải, trì thời gian sống hạt tải phụ giảm tái hợp hạt tải quãng đường vận chuyển ngắn 39 KẾT LUẬN Các nội dung nghiên cứu luận văn thực tập chung vào việc chế tạo khảo sát ảnh hưởng số điều kiện công nghệ đến tính chất SiNWs pin mặt trời SiNW/PEDOT:PSS/Gr với số kết luận thu sau:  SiNW chế tạo dung dịch ăn mòn chứa HF 4.6M + AgNO3 0.02M, độ dài SiNW kiểm sốt cách thay đổi thời gian ăn mòn Tốc độ ăn mòn xác định vào khoảng 133 nm/phút  Nồng độ Gr có ảnh hưởng tới tăng cường hiệu suất chuyển đổi quang điện pin mặt trời SiNW/PEDOT:PSS/Gr nồng độ Gr tối ưu để chế tạo pin mặt trời xác định 0.5 wt.%  Hiệu suất chuyển đổi quang điện pin mặt trời SiNW/PEDOT:PSS/Gr ảnh hưởng chiều dài SiNW, hiệu suất tốt SiNW có chiều dài cho tối ưu hóa khả vận chuyển hạt tải hiệu ứng giam giữ ánh sáng Chiều dài SiNW tốt ưu để chế tạo pin mặt trời SiNW/PEDOT:PSS/Gr 400 nm  Pin mặt trời SiNW/PEDOT:PSS/Gr với nồng độ 0.5 wt.% Gr chiều dài SiNW 400 nm có hiệu suất chuyển đổi cao 8.16% Một số vấn đề cần nghiên cứu thêm  Nghiên cứu sâu vai trò ảnh hưởng thành phần Gr  Nghiên cứu ổn định pin mặt trời SiNW/PEDOT:PSS/Gr  Cải thiện độ dẫn điện hỗn hợp PEDOT:PSS/Gr chất hoạt động bề mặt  Nghiên cứu nâng cao hiệu suất chuyển đổi pin mặt trời chấm lượng tử graphen (GQD) 40 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ Pham Van Trinh, Nguyen Ngoc Anh, Nguyen Thi Cham, Le Tuan Tu, Nguyen Van Hao, Bui Hung Thang, Nguyen Van Chuc, Cao Thi Thanh, Le Ha Chi, Phan Ngoc Minh, Naoki Fukata, “Enhanced power conversion efficiency of nSi/PEDOT:PSS hybrid solar cell by employing nanostructured silicon surface modification and gold nanoparticles addition” Journal of Science: Advanced Materials and Devices (SCIE- Major revision) Nguyễn Thị Châm, Nguyễn Ngọc Anh, Bùi Hùng Thắng, Lê Hà Chi, Nguyễn Văn Chúc, Lê Tuấn Tú, Phan Ngọc Minh, Phạm Văn Trình, Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ graphen đến hiệu suất pin mặt trời cấu trúc lai Nsilic/PEDOT:PSS/graphen, Tạp chí Hóa học, ISSN:0866-7144, 57, 4e1,2,280284 Nguyễn Thị Châm, Nguyễn Ngọc Anh, Lê Tuấn Tú, Bùi Hùng Thắng, Nguyễn Văn Chúc, Lê Hà Chi, Phan Ngọc Minh, Phạm Văn Trình, “Nghiên cứu chế tạo tính chất pin mặt trời cấu trúc lai nano Si/poly(3,4- ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate)/graphen”, Hội nghị Vật lý Chất rắn Khoa học Vật liệu Toàn quốc – SPMS 2019 tr 446–449 Nguyễn Ngọc Anh, Ngô Thị Bắc, Nguyễn Thị Châm, Nguyễn Văn Hảo, Bùi Hùng Thắng, Nguyễn Văn Chúc, Phan Ngọc Minh, Phạm Văn Trình, “Nghiên cứu chế tạo tính chất vật liệu silic cấu trúc nano định hướng ứng dụng cho pin mặt trời cấu trúc lai hiệu suất cao”, Hội nghị Vật lý Chất rắn Khoa học Vật liệu Toàn quốc – SPMS 2019 tr 450–454 Nguyen Thi Cham, Nguyen Ngoc Anh, Le Tuan Tu, Phan Ngoc Minh, Pham Van Trinh, “Fabrication and characterization of the properties of SiNW/PEDOT:PSS/GQDs hybrid solar cell”, The 4th International Conference on Advanced Materials and Nanotechnology (ICAMN2019), Hanoi, Vietnam 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] P Beckmann, A Spizzichino, The Scattering of Electromagnetic Waves from Rough Surfaces, Publisher: Pergamon Press Oxford, London, New York, Paris, 1963 [2] https://www.acs.org/content/acs/en/education/resources/highschool/chemmatters/p ast-issues/archive-2013-2014/how-a-solar-cell-works.html [3] http://www.science.doe.gov/bes/reports/files/SEU_rpt.pdf [4] https://www.nrel.gov/pv/ [5] Thiyagu S, Hsueh C C, Liu C T, Syu H J, Lin T C, Lin C F, Nanoscale, Hybrid organic–inorganic heterojunction solar cells with 12% efficiency by utilizing flexible film-silicon with a hierarchical surface, (2014) 3361–3366 [6] P Campbell and M A Green, Light trapping properties of pyramidally textured surfaces, J Appl Phys, 62 (1987) 243– 249 [7] Naoki Fukata Thiyagu Subramani Wipakorn Jevasuwan Mrinal Dutta Yoshio Bando, Functionalization of Silicon Nanostructures for Energy‐ Related Applications, Small 13(45) (2017) 1701713 [8] Sievert W, K.U Zimmermann, B Hartmann, C Klimm, K Jacob and H Angermann, Surface Texturization and Interface Passivation of Mono-Crystalline Silicon Substrates by Wet Chemical Treatments, Solid State Phenomena, 145-146 (2009) 223-226 [9] Srivastava S K, Kumar D, Singh P K, Kar M, Kumar V and Husain M, Excellent antireflection properties of vertical silicon nanowire arrays, Sol Energy Mater Sol Cells, 94 (2010) 1506–11 [10] Garnett E and Yang P, Light trapping in silicon nanowire solar cells, Nano Lett 10 (2010) 1082–7 [11] Kumar D, Srivastava S K, Singh P K, Husain M and Kumar V, Fabrication of silicon nanowire arrays based solar cell with improved performance, Sol Energy Mater Sol Cells, 95 (2011) 215–8 42 [12] Wagner R S and Ellis W C, Study of the filamentary growth of silicon crystals from the vapor, Appl Phys Lett (1964) 89 [13] Westwater J, Gosain D P, Tomiya S, Usui S and Ruda H, Growth of silicon nanowires via gold/silane vapor–liquid–solid reaction, J Vac Sci Technol B 15 (1997) 554–7 [14] Latu R L, Mouchet C, Cayron C, Rouviere E, Simonato J P, Growth parameters and shape specific synthesis of silicon nanowires by the VLS method, J Nanopart Res 10 (2008)1287–91 [15] Fuhrmann B, Leipner H S and Hoche H-R, Ordered arrays of silicon nanowires produced by nanosphere lithography and molecular beam epitaxy, Nano Lett (2005) 2524–7 [16] A.S Sarkın, N Ekren, Ş Sağlam, A review of anti-reflection and self-cleaning coatings on photovoltaic panels, Solar Energy 199 (2020) 63-73 [17] N Goel, RA Taylor, T Otanicar, A review of nanofluid-based direct absorption solar collectors: Design considerations and experiments with hybrid PV/Thermal and direct steam generation collectors, Renewable Energy 145 (2020) 903-913 [18] M K Sahoo, P Kale, Integration of silicon nanowires in solar cell structure for efficiency enhancement: A review, J Materiomics (2019) 34-49 [19] E C Garnett and P Yang, Silicon nanowire radial p− n junction solar cells, J Am Chem Soc 130 (2008) 9224 [20] M.D Ko, T R., K Kim, M Meyyappan and C.K Baek, Sci Rep High efficiency silicon solar cell based on asymmetric nanowire, (2015) 11646 [21] Y Rui, T Zhang, D Zhu, Y Feng, A N Cartwright, M T Swihart, Y Yang, T Zhang, C Huang, H Wang, D Gu, Improved Performance of Silicon NanowireBased Solar Cells with Diallyl Disulfide Passivation, J Phys Chem C, 123(8) (2019) 4664 [22] K Sato, M Dutta and N.Fukata, Inorganic/organic hybrid solar cells: optimal carrier transport in vertically aligned silicon nanowire arrays, Nanoscale (2014) 6092–6101 43 [23] T Song, S.T Lee, B Sun, Silicon nanowires for photovoltaic applications: The progress and challenge, Nano Energy (2012) 654–673 [24] V Sivakov, G Andra, A Gawlik, A Berger, J Plentz, F Falk and S H Christiansen, Silicon nanowire-based solar cells on glass: synthesis, optical properties, and cell parameters, Nano Lett (2009) 1549–1554 [25] M Wright and A Uddin, Organic—inorganic hybrid solar cells: A comparative review, Sol Energy Mater Sol Cells 107 (2012) 87–111 [26] F C Krebs, T D Nielsen, J Fyenbo, M Wadstrom and M S Pedersen, Manufacture, integration and demonstration of polymer solar cells in a lamp for the “Lighting Africa” initiative, Energy Environ Sci (2010) 512–525 [27] Y Zhou, C Fuentes-Hernandez, J Shim, J Meyer, A J Giordano, H Li, P Winget, T Papadopoulos, et al A universal method to produce low–work function electrodes for organic electronics, Science 336 (2012) 327–332 [28] K.T Park, H.J Kim, M.J Park, J.H Jeong, J Lee, D.G Choi, J.H Lee and JunHyuk Choi, 13.2% efficiency Si nanowire/PEDOT: PSS hybrid solar cell using a transfer-imprinted Au mesh electrode, Sci Rep (2015) 12093 [29] K Uma, T Subramani, H.J Syu, T C Lin,and C.F Lin, Fabrication of silicon nanowire/poly (3, 4-ethylenedioxythiophene): poly (styrenesulfonate)-graphene oxide hybrid solar cells, J Appl Phys 117 (2015) 105102 [30] T Song, S.T Lee and B Sun, Prospects and challenges of organic/group IV nanomaterial solar cells, J Mater Chem 22 (2012) 4216-4232 [31] J S Kim, S Wood, S Shoaee, S J Spencer, et al Morphology-performance relationships in polymer/fullerene blends probed by complementary characterisation techniques – effects of nanowire formation and subsequent thermal annealing, J Mater Chem C (2015) 9224-9232 [32] M.L Tsai,W.R Wei, L Tang, H.C Chang, S.H Tai, P.K Yang, L.J Chen, and J.H He, Si Hybrid Solar Cells with 13% Efficiency via Concurrent Improvement in Optical and Electrical Properties by Employing Graphene Quantum Dots, ACS Nano 10 (2016) 815−821, 44 [33] M.L Tsai, W.C Tu, L Tang, T.C Wei, W.R Wei, S P Lau, S P Lau, L.J Chen and J.H He, Efficiency enhancement of silicon heterojunction solar cells via photon management using graphene quantum dot as downconverters, Nano Lett 16 (2016) 309−313 [34] L.V Hong, D.T Cat, L.H Chi, N.T.Thuy, T V Hung, L.N Tai, P.D Long, Plasmonic Effect in Au-Added TiO2-Based Solar Cell, J Electronic Mater 45 (2016) 4833 [35] L H Chi, P D Long, H V Chung, D T Phuong, D X Mai, N T T Oanh, T T D Lien, L V Trung, Structural and mechanical characterization of graphite foam/phase change material composites, Appl Mechan Mater 618 (2014) 64-68 [36] N.T Ha, P.D Long, N.T Trung, L.V Hong, Synthesis of Cu+/bipyridyl Based Complex Towards Dye Sensitized Solar Cell Application, Commun Phys 26 (2016) 43-49 [37] V.T Pham, T.T Cao, V.C Le, N.H Phan, D.L Pham, N.M Phan and V.C Nguyen, Effect of organic solvents on the properties of DWCNT/PEDOT: PSS transparent conductive films, Mater Res Express (2017)105504 [38] P.D Long, D.T Chien, N T Trung, N S Hieu, L.H Chi, V.V Cat, V.D Lam, Plasmonic Effect Enhanced Photocurrent in Nanostructured TiO2 Films Decorated with Gold Nanoparticles, J Elec Materi 46 (2017) 4448 [39] MH Hoang, GE Park, S Choi, CG Park, SH Park, T Van Nguyen, S Kim, Highefficiency non-fullerene polymer solar cell fabricated by a simple process using new conjugated terpolymers, J Mater Chem C, (2019) 111-118 [40] M.J Cho, J.Seo, H.S Oh, H Jee, W.J Kim, K.H Kim, M.H Hoang, D.H.Choi, P.N Prasad, Tricyanofuran-based donor–acceptor type chromophores for bulk heterojunction organic solar cells, Sol Energy Mater Sol Cells 98 (2012) 71-77 [41] M.H Hoang, J.S Ahn, D.N Nguyen, T.T Ngo, D.H Lee, M.J Cho, D.H Choi, Regular conjugated terpolymers comprising two different acceptors and bithiophene donor in repeating group: Effect of strong and weak acceptors on semiconducting properties, J Polym Sci Part A: Polym Chem., 54 (2016) 1339– 1347 45 [42] P.H N Nguyen, N.D Nguyen,T.H Le, T.T Ngo, Light Absorption and Luminescence Quenching Properties of Hybrid Bulk Heterojunction Materials Based on the Blend Conducting Polymers, J Nanosci Nanotechnol., 17 (2017) 450453(4) [43] H H T.Vu, T S.Atabaev, D.C Pham ,M.A Hossain, D Lee, N N Dinh, TiO2 nanofiber/nanoparticles composite photoelectrodes with improved light harvesting ability for dye-sensitized solar cells, Electrochimica Acta, 193 (2016) 166-171 [44] N D Nguyen, H.-K Kim, D L Nguyen, D C Nguyen and P H N Nguyen, Characterization of performance parameters of organic solar cells with a buffer ZnO layer, Adv Nat Sci: Nanosci Nanotechnol 10 (2019) 015005 [45] H.H Thi Vu, T Sh Atabaev, J.Y Ahn, N.N Dinh, H.K Kim and Y.H Hwang, Dye-sensitized solar cells composed of photoactive composite photoelectrodes with enhanced solar energy conversion efficiency, J Mater Chem A, (2015)1113011136 [46] N.D Sang, P.H Quang, L.T Tu, D.T.B Hop, Effect of electrodeposition potential on composition and morphology of CIGS absorber thin film, Bull Mater Sci 36 (2013) 735-741 [47] P.H Quang, D.T.B Hop, N.D Sang, T.H Duc and L.T Tu, Effect of sulfamic acid as complexing agent on electrodeposition of CIGS absorber thin film, J Cer Proc Res 13 (2012) s318~s322 [48] S Vuong, H.M Nguyen-Dang, Q.T Tran, T.T.T Luong, T.T.T Pham, T.N.Tran, A.T Mai, Fabrication of Copper (I) Bipyridyl Complex Based Dye Sensitized Solar Cells, J Electron Mater 46 (2017) 3639–3645 [49] S Vuong, T.H Tran, T.T.T Luong, N.H Nguyen, D.C Nguyen, A.T Mai, Low resistivity molybdenum thin film towards the back contact of dye-sensitized solar cell, Bull Mater Sci 38 (2015) 1891–1897 [50] N.N Ha, M.A Tuan, D.X Thu and L.T.T Thuy, Theoretical Study on Ru2+, Cu+, and Fe2+ Complexes Toward the Application in Dye Sensitized Solar Cell, J Sol Energy Eng 137(2) (2014) 021006 46 [51] D.C Nguyen, S Ito, D.V.A Dung, Effects of annealing conditions on crystallization of the CZTS absorber and photovoltaic properties of Cu (Zn, Sn)(S, Se) solar cells, J Alloy Compd 632 (2015) 676-680 [52] S Ito, K Tsujimoto, D.C Nguyen, K Manabe, H Nishino, Doping effects in Sb2S3 absorber for full-inorganic printed solar cells with 5.7% conversion efficiency, Int J Hydrogen Energy 38 (2013) 16749-16754 [53] D.C Nguyen, K Fukatsu, K Tanimoto, S Ikeda, M Matsumura and S Ito, The effect of annealing temperature and KCN etching on the photovoltaic properties of Cu (In, Ga)(S, Se) solar cells using nanoparticles, Int J Photoenergy 2013 (2013) ID 416245, 7pp [54] N.V Le, H.T Nguyen, H.V Le, T.T.P Nguyen, Lead sulfide cathode for quantum dot solar cells: electrosynthesis and characterization, J Electron Mater 46 (1) (2017) 274-281 [55] T.H Pham, M.L.P Le, T.H Nguyen, T.P.T Nguyen, Synthesis, properties and performance of platinum and platinum/carbon nanotube films as cathode materials for dye-sensitized solar cells, J Electrochemical Soc 161(4) (2014) H235-H239 [56] K.Q Peng, Y.J Yan, S.P Gao, J Zhu, Synthesis of large‐ area silicon nanowire arrays via self‐ assembling nanoelectrochemistry, Adv Mater., 14 (2002) 11641167 [57] S Stankovich, D.A Dikin, R.D Piner, K.A Kohlhaas et al, Synthesis of graphenebased nanosheets via chemical reduction of exfoliated graphite oxide, Carbon 45(7) (2007) 1558-1565 [58] K.N Kudin, B Ozbas, H.C Schniepp, R K Prud and R Car, Raman spectra of graphite oxide and functionalized graphene sheets, Nano Lett., (1) (2008) 36–41 [59] J Jang, J Bae and S Yoon, A study on the effect of surface treatment of carbon nanotubes for liquid crystalline epoxide–carbon nanotube composites, J Mater Chem., 13 (2003) 676–681 [60] J Zhang, H Zou, Q Qing, Y Yang, Q Li, Z Liu, X Guo and Z Du, Effect of chemical oxidation on the structure of single-walled carbon nanotubes, J Phys Chem B, 107 (2003) 3712–3718 47 [61] T Lindfors, Z.A Boeva and R.M Latonen, Electrochemical synthesis of poly (3, 4-ethylenedioxythiophene) in aqueous dispersion of high porosity reduced graphene oxide, RSC Adv 4(48) (2014) 25279–25286 [62] J Ouyang, Q Xu, C.W Chu, Y Yang, G Li and J Shinar, On the mechanism of conductivity enhancement in poly (3, 4-ethylenedioxythiophene): poly (styrene sulfonate) film through solvent treatment, Polymer J., 45(25) (2004) 8443–8450 [63] P G Raj, V S Rani, A Kanwat and J Jang, Enhanced organic photovoltaic properties via structural modifications in PEDOT: PSS due to graphene oxide doping, Mater Res Bull., 74 (2016) 346–352 [64] T Yoshida, M Sakai, and T Tanabe, In-situ optical reflection measurement of a Si (100) surface under hydrogen ion irradiation, Mater Trans., 45(7) (2004) 2018– 2022 48 ... Thị Châm NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CỦA PIN MẶT TRỜI DỰA TRÊN CẤU TRÚC LAI DÂY NANO SILIC/ POLY( 3,4- ETHYLENEDIOXYTHIOPHENE) :POLYSTYRENE SULFONATE/ GRAPHEN Chuyên ngành: Vật lý chất rắn... hệ pin mặt trời Si dạng khối dạng màng Từ lý trên, tập thể thầy hướng dẫn học viên lựa chọn thực luận văn: ? ?Nghiên cứu chế tạo khảo sát tính chất pin mặt trời dựa cấu trúc lai dây nano silic/ poly( 3,4- ethylenedioxythiophene) :polystyrene. .. trưng tính chất pin mặt trời 3.4.1 Ảnh hưởng nồng độ graphen Để khảo sát ảnh hưởng nồng độ Gr hỗn hợp PEDOT:PSS/Gr đến tính chất pin mặt trời, cấu hình pin mặt trời đơn giản nhóm nghiên cứu thực chế