Khảo sát quy trình chế tạo và ứng dụng chấm lượng tử sdse trong pin mặt trời thế hệ mới luận văn thạc sỹ vật lý

O Ụ V OT O TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH ĐỖ TH LAN HNG Khảo sát quy trình chế tạo ứng dụng chấm l-ợng tử CdSe pin mặt trời thÕ hƯ míi CHU N NG NH QU NG HỌC S 44 U N V N THẠC S V T n n o PGS TS NGU ỄN HỒNG QUẢNG VINH - 2011 ỜI CẢ ƠN Luận văn đƣợc hoàn thành dƣới hƣớng dẫn thầy giáo- PGS.TS Nguyễn Hồng Quảng Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc kính trọng đến Thầy hƣớng dẫn – ngƣời đặt vấn đề hƣớng dẫn tận tình gi p đ tác giả su t trình thực hi n luận văn Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn tới thầy c giáo khoa Vật l truyền thụ cho tác giả kiến thức bổ ích q trình học tập dẫn dắt tác giả bƣớc đầu nghiên cứu khoa học nhƣ su t trình thực hi n luận văn Xin cảm ơn khoa t o Sau đ i học trƣờng i học Vinh t o điều ki n gi p đ tác giả su t thời gian học tập t i trƣờng u i tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình b n bè đồng nghi p lu n cổ vũ động viên gi p đ t o điều ki n thuận lợi cho tác giả su t khóa học Xin chân thành cảm ơn tất Vinh, tháng 12 năm 2011 Tác giả ỤC ỤC Trang MỞ ẦU HƢƠN KHẢO S T QUY TRÌNH HẾ T O HẤM LƢỢN TỬ dSe 1.1 iới thi u vật li u nan 1.1.1 Khái ni m nan c ng ngh nan .5 1.1.2 Vật li u nan tính chất 1.1.3 Khả ứng dụng vật li u nan 1.2 hấm lƣợng tử dSe 1.2.1 iới thi u chất bán dẫn dSe 1.2.2 hấm lƣợng tử dSe tính chất 10 1.2.3 Ứng dụng chấm lƣợng tử dSe .12 1.3 Khảo sát quy trình chế t o chấm lƣợng tử dSe 13 ác phƣơng pháp chế t o vật li u nan .13 1.3.1 1.3.2 Khảo sát quy trình chế t o chấm lƣợng tử dSe từ dO .15 1.3.2.1 Hóa chất dụng cụ 15 1.3.2.2 ác bƣớc tiến hành chế t o chấm lƣợng tử dSe .15 1.3.2.3 Kết thí nghi m 18 HƢƠN I ỨN TRON ỤN HẤM LƢỢN TỬ dSe HẾ T O P N M T TR THẾ H M 25 2.1 Pin mặt trời sở tinh thể Si (pin mặt trời truyền th ng) 25 2.1.1 iới thi u pin mặt trời 2.1.2 ấu t o pin mặt trời 2.1.3 Nguyên tắc ho t động pin mặt trời .27 2.1.3.1 huyển tiếp p-n 28 2.1.3.2 Sự t o thành dòng n pin mặt trời 29 2.1.3.3 Sơ đồ tƣơng đƣơng pin mặt trời 30 2.1.3.4 ác tham s đặc trƣng pin mặt trời 32 2.1.3.5 Hi u suất biến đổi quang - n pin mặt trời 32 2.1.4 Quy trình chế t o pin mặt trời sở tinh thể Silic 33 2.2 Pin mặt trời h 37 2.2.1 Những h n chế pin mặt trời truyền th ng 37 2.2.2 Pin mặt trời h 38 2.2.3 Một s vật li u thƣờng dùng chế t o pin mặt trời h 39 2.3 Ứng dụng chấm lƣợng tử dSe pin mặt trời h 2.3.1 Sự t o thành đa h t tải từ hấp thụ photon 41 2.3.2 Sử dụng cấu tr c đa lớp – đa chuyển tiếp 43 2.3.3 Sử dụng cấu tr c lai để bẫy h t tải 45 2.4 Một s thách thức vi c hi n thực hóa khả chấm lƣợng tử dSe chế t o tin mặt trời h KẾT LUẬN 50 T L U THAM KHẢO 52 ANH MỤ ẢN ỂU ảng 1.1 Một s tính chất admium Selenide ( dSe) .9 ảng 1.2 Kích thƣớc chấm lƣợng tử dSe suy từ v trí đ nh phổ hấp thụ ƣớc lƣợng theo c ng thức .19 ảng 2.1 Hi u suất l thuyết s vật li u pin mặt trời 39 ảng 2.2 ác vật li u đ i với pin mặt trời màng mỏng 40 ANH MỤ HÌNH VẼ Hình 1.1 Hình ảnh phát quang Q -LED .8 Hình 1.2 ề rộng vùng cấm s hợp chất bán dẫn khả ứng dụng ch ng .10 Hình 1.3 Khe dải lƣợng CdSe 11 Hình 1.4 Sự phụ thuộc màu phát x h t dSe vào kích thƣớc 12 Hình 1.5 Sơ đồ chế t o chấm lƣợng tử dSe từ dO .16 Hình 1.6 Hồ tan dO hỗn hợp TOPO + H A + PA .17 Hình 1.7 Sự thay đổi màu sắc dung d ch dSe theo thời gian phản ứng 18 Hình 1.8 Phổ hấp thụ chấm lƣợng tử dSe theo thời gian phản ứng 20 Hình 1.9 Phổ phát x huỳnh quang chấm lƣợng tử dSe theo thời gian phản ứng 20 Hình 1.10 Phổ hấp thụ dSe ứng với nhi t độ theo nhi t độ khác 22 Hình 1.11 Phổ phát x dSe theo thời gian tổng hợp 22 Hình 2.1 Sự tiến triển c ng ngh chế t o pin mặt trời 26 Hình 2.2 ấu t o tế bào pin mặt trời điển hình 27 Hình 2.3 ác tế bào pin mặt trời đƣợc kết n i thành panel 27 Hình 2.4 Sự t o thành lớp chuyển tiếp p-n giản đồ lƣợng 29 Hình 2.5 Sơ đồ nguyên tắc ho t động pin mặt trời 30 Hình 2.6 Sơ đồ m ch n tƣơng đƣơng pin mặt trời .30 Hình 2.7 ƣờng đặc trƣng Vơn-Ampe pin mặt trời 31 Hình 2.8 Sơ đồ quy trình chế t o pin mặt trời sở Si 33 Hình 2.9 ấu tr c pin mặt trời tinh thể Si hồn thi n 36 Hình 2.10 Tấm pin mặt trời từ Si v đ nh hình .40 Hình 2.11.Hi u ứng t o cặp exciton từ vi c hấp thụ photon 43 Hình 2.12 Một m hình pin mặt trời có cấu tr c đa lớp 44 Hình 2.13 Sơ đồ vùng cấm thẳng - vùng cấm xiên bán dẫn 44 Hình 2.14 Sơ đồ m tả trình bẫy n tử pin mặt trời sử dụng chất nh y màu TiO2 46 Hình 2.15 Tác dụng lớp TiO2 chất bẫy n tử pin mặt trời dSe 47 Hình 2.16 M tả cấu tr c pin mặt trời chế t o từ vật li u lai dSe với polymer Error! Bookmark not defined Ở ĐẦU Trong thời đ i khoa học kĩ thuật phát triển nhu cầu lƣợng ngày tăng nguồn nhiên li u dự trữ nhƣ than đá dầu mỏ khí thiên nhiên thuỷ n có h n khiến cho nhân lo i đứng trƣớc nguy thiếu hụt lƣợng o cần thiết phải có nguồn lƣợng để bổ sung thay nhƣ lƣợng gió đ a nhi t lƣợng h t nhân lƣợng mặt trời để cung cấp n cho vùng h o lánh cho ho t động v tinh vùng mà m ng lƣới n qu c gia chƣa vƣơn tới đƣợc Năng lƣợng mặt trời nguồn lƣợng tái t o quan trọng mà thiên nhiên ban tặng cho hành tinh ch ng ta Năng lƣợng mặt trời nói v tận Nó nguồn lƣợng s ch tiềm thực đƣợc loài ngƣời quan tâm khai thác Vi t Nam nƣớc có tiềm năng lƣợng mặt trời với v trí nằm khu vực có cƣờng độ x mặt trời cao vi c sử dụng lƣợng mặt trời nƣớc ta đem l i hi u kinh tế cao Từ thấy vi c nghiên cứu nâng cao hi u khai thác nguồn lƣợng mặt trời cần thiết Một hƣớng khai thác nguồn lƣợng mặt trời đƣợc nƣớc giới quan tâm hi n pin mặt trời hay pin quang n Tuy nhiên hi n pin mặt trời chƣa đƣợc sử dụng phổ biến Một l thực tế giá thành lắp đặt pin mặt trời cao Ở Vi t Nam vùng xa x i h o lánh nơi n lƣới qu c gia khó tiếp cận nơi cần n từ pin mặt trời Tuy nhiên thực tế l i vùng mà đời s ng ngƣời dân cịn nghèo o vi c triển khai ứng dụng pin mặt trời thực tế cịn nhiều h n chế khó áp dụng phổ biến cho đồng bào vùng sâu vùng xa dân nghèo Vi c h giá thành sản xuất n từ pin mặt trời vi c cần thiết nhằm hi n thực hóa ƣớc mơ có n ngƣời dân vùng xa x i h o lánh nơi biên cƣơng hải đảo Một thành tựu khoa học vật li u năm gần phát hi n chế t o vật li u nano ác kết nghiên cứu nhà khoa học giới cho thấy vật li u nano có nhiều tính chất l hấp dẫn tiềm ứng dụng to lớn lĩnh vực nhƣ xử l nhiễm m i trƣờng k thuật truyền dẫn th ng tin quang chế t o linh ki n quang n tử hay pin quang n có hi u suất cao Trong s vật li u nano đƣợc quan tâm nghiên cứu hi n tinh thể bán dẫn kích thƣớc nano (gọi chấm lƣợng tử) đ i tƣợng thu h t nhiều đặc bi t dSe ác nghiên cứu gần cho thấy chấm lƣợng tử dSe có tính chất quang đặc bi t: ch ng kh ng ch phụ thuộc vào thành phần vật li u mà cịn phụ thuộc vào kích thƣớc tinh thể ằng cách điều khiển kích thƣớc tinh thể ngƣời ta điều khiển đƣợc tính chất hấp thụ phát x quang ch ng o có tính chất đặc bi t tiềm ứng dụng chấm lƣợng tử dSe lớn Tuy nhiên thách thức lớn đ i với nhà khoa học vi c hi n thực hóa tiềm chấm lƣợng tử dSe hi n làm để chế t o đƣợc chấm lƣợng tử có thành phần cấu tr c kích thƣớc mong mu n Một điều khiển đƣợc quy trình chế t o chấm lƣợng tử dSe ngƣời ta sử dụng ch ng nhiều ứng dụng khác tùy theo tính chất mà ch ng sở hữu Với mong mu n đƣợc biết thêm điều l Quang học quang phổ vật li u nhƣ biết thêm tính chất th v tiềm ứng dụng to lớn vật li u bán dẫn kích thƣớc nanomet t i chọn đề tài “Khảo sát quy trình chế tạo ứng dụng chấm lƣợng tử CdSe pin mặt trời hệ mới” cho luận văn th c sĩ Quang học Mục đích đề tài khảo sát quy trình chế t o khả ứng dụng chấm lƣợng tử dSe chế t o pin mặt trời h i tƣợng nghiên cứu vật li u bán dẫn nhóm –V mà điển hình chấm lƣợng tử dSe chế t o phƣơng pháp nhi t phân sử dụng dO Nhi m vụ luận văn tìm hiểu phƣơng pháp quy trình chế t o chấm lƣợng tử dSe tìm hiểu m i quan h tính chất với tham s chế t o Luận văn đặt nhi m vụ tìm hiểu pin mặt trời h (c ng ngh màng mỏng) sở chấm lƣợng tử dSe ác tiêu chí đặt đ i với vật li u chế t o pin mặt trời nhƣ quy trình chế t o chấm lƣợng tử thỏa mãn tiêu chí đƣợc quan tâm khảo sát ề tài đƣợc nghiên cứu với kết hợp phƣơng pháp l thuyết với phƣơng pháp thực nghi m Từ tài li u chuyên ngành (bài báo khoa học sách chuyên khảo) ch ng t i tiến hành phân tích so sánh để tìm quy trình chế t o t o dSe phù hợp theo hƣớng thân thi n với m i trƣờng; Quy trình chế dSe phƣơng pháp nhi t phân sử dụng dO dung m i kh ng kết hợp đƣợc khảo sát chi tiết Nội dung luận văn phần mở đầu phần kết luận đƣợc trình bày hai chƣơng chính: Chương 1: Khảo sát quy trình chế tạo chấm lượng tử CdSe hƣơng trình bày ứng dụng vật li u nan nghiên cứu chế t o chấm lƣợng tử dSe theo hƣớng thân thi n với m i trƣờng; Chương 2: Ứng dụng chấm lượng tử CdSe pin mặt trời hệ ác ứng dụng chấm lƣợng tử dSe thực tế đặc bi t pin mặt trời h đƣợc m tả chƣơng ồng thời thách thức cần vƣợt qua nhằm hi n thực hóa khả vi c chế t o pin mặt trời sở chấm lƣợng tử dSe đƣợc thảo luận 40 Gali arsenid (GaAs) 1,4 27 Nhôm antimonid (AlSb) 1,6 27 ảng 2.2 cho s vật li u pin mặt trời màng v đ nh hình đƣợc nghiên cứu phát triển Từ bảng ta thấy s vật li u kh ng có tính dẫn n lƣ ng tính (p n) Vì đ i với vật li u ngƣời ta thƣờng dùng cấu tr c nhƣ pin mặt trời bất đồng chất hàng rào Schottky cấu tr c M S (kim lo i- cách n- bán dẫn) Hình 2.9 Tấm pin mặt trời từ Si v định hình [17] ƣới trình bày c ng ngh th ng dụng để chế t o pin mặt trời màng mỏng đƣợc nghiên cứu ứng dụng hi n Một s vật li u bảng trực tiếp chế t o đƣợc pin mặt trời có chất lƣợng cao nhƣng s phƣơng pháp khác đòi hỏi xử l phụ kèm theo nhƣ ủ nhi t độ cao ủ m i trƣờng khí đặc bi t Bảng 2.2 Các vật liệu đ i với pin mặt trời màng mỏng 5] Vật liệu Vùng cấm oại độ Eg (eV) dẫn 1,7 p-i-n a- (Si,Ge) 1,3  1,7 a- (Si,C) 1,7  2,2 a- Si Vật liệu Vùng cấm oại độ Eg(eV) dẫn Cd(Se,Te 1,5  1,7 p/n p-i-n ZnTe 2,26 p p-i-n ZnSe 2,4 n 41 culnSe2 1,04 p/n Zn(Te,Se) 2,2  2,4 p/n CuGaSe2 1,68 p WSe2 1,3 p/n Cu(ln,Ga)Se2 1,04  1,68 p/n FeS2 0,8 p/n CulnS2 1,5 p/n FeSi2 0,9 p CdSe 1,7 n GaAs 1,4 p/n CdTe 1,5 p/n Hi n hi u suất pin mặt trời v đ nh hình đ t đƣợc cao khoảng đến 15% Tuy nhiên khó khăn khác đƣợc quan tâm nghiên cứu giải độ ổn đ nh theo thời gian hi u suất biến đổi quang n pin làm vi c trời dài ngày 23 ng dụng chấm lƣợng tử CdSe pin mặt trời hệ ể tiếp tục nâng cao hi u suất biến đổi quang- n pin mặt trời h nhà khoa học nghiên cứu dựa vào đặc tính sau: Sự t o nhiều cặp n tử - lỗ tr ng (exciton) từ hấp thụ photon; ấu tr c đa lớp (đa chuyển tiếp) nhằm t o cặp exciton hấp thụ photon có lƣợng khác chùm sáng mặt trời ấu tr c bẫy n tử (hoặc lỗ tr ng hai) nhằm h n chế tái hợp n tử-lỗ tr ng nhờ tăng hi u suất pin mặt trời hấm lƣợng tử dSe với đặc tính nhƣ phân tích thể hi n đƣợc lợi ba ứng dụng nói Sau ch ng ta xem x t chi tiết đặc tính 2.3.1 Sự tạo t àn đ ạt t từ ấp t p oton Một yếu t ảnh hƣởng đến giá thành sản xuất pin mặt trời hi u suất biến đổi quang n i với pin mặt trời truyền th ng hi u suất b giới h n 31% (về l thuyết) thiết b thƣơng m i 42 thực tế ch đ t đến s 20% H n chế nhận chùm sáng từ mặt trời ch photon có lƣợng đủ lớn t o đƣợc hi n tƣợng quang n Thực tế để hi u suất quang n tăng chùm h t phải có lƣợng gần lƣợng vùng cấm (1 đến eV) Phần lƣợng dƣ (hf- g h s Planck f tần s ánh sáng g bề rộng lƣợng vùng cấm) t o nhi t làm nóng thiết b i với chấm lƣợng tử ngƣời ta chứng tỏ lƣợng photon tới bội s lần (thƣờng gấp lần) độ rộng lƣợng vùng cấm b hấp thụ chất bán dẫn t o nhiều (2 3) cặp exciton Hi u ứng đƣợc gọi t o thành đa h t tải (multiple exciton generation M ) đƣợc chứng tỏ thực nghi m vào năm 2008 nhóm nghiên cứu dẫn đầu uyot-Sionnests [7] năm 2009 Minbao cộng [13] ác nhóm sử dụng chấm lƣợng tử PbSe (là chất dễ t o nhiều cặp n tử lỗ tr ng PbSe có lƣợng vùng cấm b 0.27 eV) để t o pin mặt trời với hi u suất cao hẳn so với pin mặt trời truyền th ng ác chấm lƣợng tử dSe cho ph p t o hi u ứng M mức độ có khó khăn so với PbSe dSe có bề rộng vùng cấm tƣơng đ i cao (1 7eV) 43 Hình 2.11 Hiệu ứng tạo cặp exciton từ việc hấp thụ photon 21] 2.3.2 Sử n ấu trú đ l p, đ uyển t ếp ể tăng cƣờng hi u suất biến đổi quang n ngƣời ta sử dụng cấu tr c đa chuyển tiếp (multi junction) chuyển tiếp đƣợc t o vật li u có bề rộng vùng cấm khác xếp theo hƣớng giảm dần từ xu ng dƣới (hình 2.12) Khi chùm ánh sáng chiếu từ Mặt trời đập vào bề mặt bán dẫn photon chùm sáng b hấp thụ có khả bứt n tử chất bán dẫn có độ rộng vùng cấm phù hợp ấu tr c đƣợc gọi cấu tr c đa chuyển tiếp hay gọi cấu tr c tandem đƣợc giới thi u l thuyết năm 1960 sau thực nghi m vào năm 1980 [12] 44 Hình 2.12 M t m hình pin mặt trời có cấu trúc đa lớp [8] ác pin mặt trời đa lớp thƣờng đƣợc chế t o từ vật li u bán dẫn có cấu tr c vùng lƣợng thẳng (direct bandgap) vùng lƣợng mà đáy vùng dẫn đ nh vùng hóa tr giá tr v c tơ sóng k chất cho ph p nâng cao hi u suất biến đổi quang-đi n hình 2.13 Hình 2.13 Sơ đồ vùng cấm thẳng – vùng cấm xiên bán dẫn 45 ác vật li u điển hình thƣờng dùng li u điển hình nhóm bán dẫn e (0 eV) aAs (1.4 eV Vật –V lo i lớp chuyển tiếp từ a nP (1 e V), GaAs (1,4 eV), Ge (0 eV) Lo i nhiều lớp nhƣ Al a nP (2 eV) AlGaAs (1,6 eV), GaInP (1,7 eV), GaInAs (1,2 eV), GaInNAs (1,0-1,1 eV) Về mặt l thuyết, pin mặt trời có cấu tr c đa lớp l tƣởng có hàng trăm lớp chuyển tiếp lớp có tác dụng hấp thụ dải hẹp photon phổ phát x mặt trời từ hồng ngo i cực tím thể chế t o đƣợc cấu tr c lớp bán dẫn phải mỏng ể có iều thực hi n đƣợc sử dụng lớp h t mỏng đƣợc t o thành từ chấm lƣợng tử dSe với kích thƣớc h t khác lớp h t có tác dụng nhƣ chất bán dẫn có bề rộng vùng cấm khác Nhƣ sử dụng lo i vật li u dSe với kích thƣớc nano khác để thay cho nhiều lo i vật li u Pin mặt trời có cấu tr c tandem chế t o từ vật li u nano nhƣ đƣợc coi pin mặt trời h thứ 2.3.3 Sử n ấu trú b y ạt t Ngƣời ta sử dụng từ vật l ệu lai CdSe v ất ữu dSe kết hợp với chất v hữu cơ, t o thành vật li u lai để bẫy h t tải với mục đích h n chế tái hợp n tử - lỗ tr ng Vật li u điển hình lo i vật li u lai dSe n tử TiO2 (dùng để bẫy n tử) polymer (dùng để bẫy lỗ tr ng) ác electron chấm lƣợng tử dSe sau hấp thụ lƣợng từ photon b nhảy lên mức kích thích bứt khỏi liên kết liền b bẫy vào chất TiO2 Các electron TiO2 b k o phía cực âm cịn lỗ tr ng cịn l i dSe b k o cực dƣơng (hình 2.14) 46 (a) (b) (c) Hình 2.14 Sơ đồ m tả trình bẫy điện tử pin mặt trời sử dụng chất nhạy màu TiO2 a Các tinh thể chất TiO2 với vai trị chất bẫy điện tử; b Lớp CdSe đóng vai trò nơi tạo cặp điện tử - lỗ tr ng exciton c Lớp ZnS ngăn cách tương tác điện CdSe với m i trường 9] Hình 2.15 biểu diễn phụ thuộc n áp l i pin mặt trời vào bề dày lớp TiO2 ề dày TiO2 lớn ngăn cách n tử lỗ tr ng hi u tái hợp n tử - lỗ tr ng b h n chế gi p làm tăng hi u suất pin mặt trời (a) (b) 47 Hình 2.15 Tác dụng lớp TiO chất bẫy điện tử pin mặt trời CdSe: Lớp TiO dày ngăn điện tử lỗ tr ng lớn hình a hiệu điện quang điện đạt cao hình b [11] ần hi u ứng quang n đƣợc phát hi n cấu tr c lai dSe với polymer Khi photon bắn vào bề mặt chấm lƣợng tử t o extion lỗ tr ng b bẫy k o phía polymer tập hợp t i n cực; n tử cịn l i chấm lƣợng tử dSe đƣợc tập hợp nhờ trình khuếch tán tinh thể đƣợc n i với n cực khác Mặc dù kết bƣớc đầu lo i pin mặt trời khiêm t n nhƣng hứa hẹn đƣợc cải thi n nhanh chóng chấm lƣợng tử hình que hình nhánh Trong cấu tr c khác tinh thể TiO thƣờng đƣợc sử dụng nhƣ chất bẫy n tử cịn polymer đóng vai trị chất dẫn lỗ tr ng; n tử - lỗ tr ng đƣợc t o thành từ tinh thể dSe đƣợc bơm vào miền tƣơng ứng: n tử tiến TiO2 lỗ tr ng tiến polymer Hình 2.16 m tả cấu tr c pin mặt trời chế t o từ vật li u lai dSe với lo i polymer có tên PEDOT:PSS poly(3,4-alklenedioxythiophenes):poly(styrenesulfonate) 48 Hình 2.16 M tả m t cấu trúc pin mặt trời chế tạo từ vật liệu lai CdSe với polymer[15] Tóm l i với tất ƣu vật li u pin mặt trời màng mỏng nói với đặc tính quang học phụ thuộc vào kích thƣớc chế t o chấm lƣợng tử dSe hội tụ tất để chế t o pin mặt trời h (pin mặt trời màng mỏng có kích thƣớc nanomet) iều khiến cho chấm lƣợng tử dSe ngày đƣợc quan tâm xem x t nhƣ lo i vật li u hứa hẹn cho pin mặt trời tƣơng lai 2.4 ột số thách thức việc thực hóa khả ứng dụng chấm lƣợng tử CdSe chế tạo pin mặt trời hệ ên c nh khả ứng dụng vật li u nan nói chung chấm lƣợng tử dSe nói riêng vi c hi n thực hóa khả ứng dụng nói gặp thách thức kh ng nhỏ Thứ để chấm lƣợng tử dSe thể hi n đƣợc tính chất ƣu vi t so với vật li u truyền th ng ch ng phải đƣợc chế t o với kích thƣớc đồng có giá tr xác đ nh nằm giới h n cho ph p Thứ hai trình chế t o chấm lƣợng tử dSe ngƣời ta phải sử dụng dung m i ho t chất Sự tồn t i chất nhƣ t p chất làm biến đổi đặc tính t t đẹp v n 49 có dSe b ảnh hƣởng Vi c lo i trừ t p chất kh ng phải điều dễ dàng đặc bi t ch ng có kích thƣớc nan Thứ ba ảnh hƣởng tỷ l tiền chất đƣợc sử dụng chế t o chấm lƣợng tử lên tính chất sản phẩm chế t o dSe chƣa đƣợc khảo sát cách h th ng Những thách thức nói khiến cho vi c mở rộng ứng dụng chấm lƣợng tử dSe vào lĩnh vực c ng ngh nói chung vào chế t o pin mặt trời nói riêng cịn han chế đ nh đòi hỏi tiếp tục quan tâm đầu tƣ nghiên cứu nhà khoa học Kết luận chƣơng Trong chƣơng này, ch ng ta thảo luận khả ứng dụng chấm lƣợng tử dSe chế t o pin mặt trời h Từ đặc trƣng pin mặt trời truyền th ng cấu tr c nguyên l ho t động vật li u chế t o ch ng ta v ch h n chế pin mặt troi Silic khả khắc phục ch ng sử dụng vật li u thay cho Silic đơn tinh thể ồng thời ƣu điểm vật li u màng mỏng h hai h ba (màng mỏng kích thƣớc nan ) đƣợc trình bày chi tiết Những thách thức vi c hi n thực hóa khả dSe pin măt trời đƣợc cảnh báo chƣơng 50 KẾT U N Với mục đích khảo sát quy trình chế t o khả ứng dụng chấm lƣợng tử dSe pin mặt trời h luận văn đ t đƣợc kết sau: 1) Qua khảo sát quy trình chế t o chấm lƣợng tử dSe từ tiền chất dO bột Se với dung m i hữu tìm đƣợc m i quan h thời gian phản ứng với tính chất chấm lƣợng tử t o thành đƣợc khảo sát từ xác đ nh đƣợc tham s cần thiết để thu đƣợc chấm lƣợng tử dSe với kích thƣớc mong mu n 2) Từ vi c phân tích tìm hiểu nguyên tắc cấu t o ho t động lựa chọn vật li u chế t o pin mặt trời truyền th ng kết hợp với đặc tính vật li u nan cụ thể chấm lƣợng tử dSe luận văn trình bày đƣợc cấu tr c pin mặt trời h Nhờ sử dụng cấu tr c đa chuyển tiếp cấu tr c lai chấm lƣợng tử dSe với chất hữu (polymer) ch ng ta tăng hi u suất biến đổi quang n; Nhờ sử dụng c ng ngh màng mỏng xử l hóa học hỗn hợp dSe với dung m i hữu d ng keo- lỏng ch ng ta t o pin mặt trời dSe d ng mảng mỏng với di n tích rộng r tiền đồng thời tận dụng vật li u nhƣ vật li u xây dựng th ng thƣờng ó sở để ch ng ta giảm đáng kể giá thành sản xuất pin mặt trời h 3) ã ch đƣợc thách thức vi c áp dụng ƣu pin mặt trời h ác thách thức đặt nhu cầu tiếp tục nghiên cứu để hi n thực hóa khả to lớn vật li u nan khoa học c ng ngh hi n đ i nói chung sản xuất pin mặt trời nói riêng 51 ài toán làm chủ c ng ngh sản xuất pin mặt trời với thành phần đủ sức c nh tranh th trƣờng đƣợc đặt với sở nghiên cứu khoa học giới Vi t Nam vấn đề cần thiết Ngành c ng nghi p n mặt trời hứa hẹn ngành khoa học quan trọng có ảnh hƣởng lớn đến s ng ch ng ta tƣơng lai Với tiềm lớn lao lƣợng mặt trời hy vọng ngành c ng ngh pin mặt trời Vi t Nam phát triển xu hội nhập khoa học c ng ngh toàn cầu 52 T I IỆU TH [1] KHẢO Nguyễn Quang Liêm “Chấm lượng tử bán dẫn CdSe, CdTe, InP CuInS2: Chế tạo, t nh chất quang ứng dụng” Nhà xuất KHTN [2] ng ngh Hà Nội 2011 266 trang Vũ Linh ặng ình Th ng “Nghiên cứu c ng nghệ chế tạo module pin mặt trời” Kỷ yếu Hội ngh Vật l toàn qu c lần thứ Hà Nội 5/8/1993 [3] Nguyễn Hồng Quảng (2010), “Synthesis and Optical Properties of CdSe Nanocrystals and CdSe/ZnS core/shell Nanostructures in Noncoordinating Solvents” Adv Nat Sci Nanosci Nanotechnol vol (2), p 025004 [4] Trƣơng Văn Tân,“Cơ học lượng tử vật liệu nano” http://vietsciences.free.fr (truy cập ngày 16 tháng năm 2011 [5] ặng ình Th ng “Pin mặt trời ứng dụng”, Nhà xuất Khoa học K thuật, Hà Nội 2008, 152 trang [6] A Kongkanand, K Tvrdy, K Takechi, M Kuno, and P V Kamat (2008), “Quantum dot Solar cell Tuning Photoresponse through Size and Shape Control of CdSe-TiO2 Architecture”, J Am Chem Soc 130 (12), 4007 [7] Anshu Pandey and Philippe Guyot-Sionnest, “Slow Electron Cooling in Colloidal Quantum Dots” Science 322 (5903) pp 929-932 [8] A.W.Bett, “Multi-junction solar cell in Europe”, Proc Solar Power Conference 2006 [9] Hod V .Pedro M Sero (2011) “Dye versus Quantum Dots in Sensitized Solar Cell: Participation of Quantum Dot Absorber in the Recombination Process”, Phys Chem Lett., 2, 3032-3035 53 [10] I Mora-Seró and J Bisquert (2010),“Breakthroughs in the Development of Semiconductor Sensitized Solar Cells” J Phys hem Lett., 1, 3046-3052 [11] I Mora-Seró, J Bisquert, Th Dittrich, A Belaidi, A S Susha, and A L Rogach (2007),“Photosensitization of TiO2 Layers with CdSe Quantum Dots: Correlation between Photoinjection” J Phys hem Light Absorption and 111 14889-14892 [12] M.Aven J.S.Prener “Physics and Chemistry of II-VI Compounds” North- Holland, Amsterdam, 1976 [13] M Ji, S N Park (2009) “Efficient Multiple Exciton Generation Observed in Colloidal PbSe Quantum Dots with Temporally and Spetrally Resolved Intraband Excitation”, Nano Lett., 9, 1217-1222 [14] M Wolf, “Limitations and possibilities for improvement of photovoltaic solar energy converters”, Proc Inst Radio Engineers, vol 48, 1960 [15] W A Tisdale, K J Williams, B A Timp, D J Norris, E S Aydil, and X.-Y Zhu (2010), “Hot-Electron Transfer from Semiconductor Nanocrystals” Science, Vol 328 ( 5985) pp 1543-1547 [16] Y Marfaing, “Solar Energy, Conversion and Application”, Paris, 1987 [17] http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_cell (truy cập ngày tháng 10 năm 2011) [18] http://visual.merriam-webster.com/energy/solar-energy/solar-cell.php (truy cập ngày 10 tháng 10 năm 2011 [19] http://www.sandia.gov (truy cập ngày 10 tháng 10 năm 2011 [20] http://www.sttic.com.ru (truy cập ngày 10tháng 10 năm 2011) [21] http://www.chemistry.emory.edu (truy cập ngày 16 tháng 10 năm 2011) [22] http://en.wikipedia.org (truy cập ngày tháng 11 năm 2011 54 [23] http://www.solar-green-wind.com (truy cập ngày tháng 12 năm 2011) [24] http://chemgroups.northwestern.edu truy cập ngày 15 tháng 11 năm 2011) ... tính chất th v tiềm ứng dụng to lớn vật li u bán dẫn kích thƣớc nanomet t i chọn đề tài ? ?Khảo sát quy trình chế tạo ứng dụng chấm lƣợng tử CdSe pin mặt trời hệ mới? ?? cho luận văn th c sĩ Quang học... quang - n pin mặt trời 32 2.1.4 Quy trình chế t o pin mặt trời sở tinh thể Silic 33 2.2 Pin mặt trời h 37 2.2.1 Những h n chế pin mặt trời truyền th ng 37 2.2.2 Pin mặt trời h... hợp đƣợc khảo sát chi tiết Nội dung luận văn phần mở đầu phần kết luận đƣợc trình bày hai chƣơng chính: Chương 1: Khảo sát quy trình chế tạo chấm lượng tử CdSe hƣơng trình bày ứng dụng vật li u