a. Hình thái học bề mặt
Màng MEH-PPV được phủ lên bề mặt điện cực ITO bằng phương pháp quay phỷ ly tâm (spincoating). Trước khi phủ điện cực nhôm (Al), hình thái học bề mặt mặt màng được kiểm tra bằng chụp ảnh AFM và FESEM. Kết quả được chỉ ra trong hình 3.4.
Đường rạn nhiệt
a) b)
Hình 3.4 - Ảnh FESEM (a) và AFM (b) của màng MEH-PPV
Rõ ràng rằng nhìn vào kết quả FESEM, chắc chắn việc đánh giá hình thái học bề mặt của màng tạo ra sẽ là không đầy đủ. Kết quả AFM cho thấy, bề mặt màng MEHPPV lồi lõm, gồ ghề, với điểm cao nhất và thấp nhất chênh nhau khoảng 20 nm. Đây là điểm không mong muốn vì nó sẽ ảnh hưởng đến chất lượng màng nhôm hình thành lên bề mặt MEHPPV sau này. Nếu lớp màng chế tạo có độ dầy càng nhỏ, giả sử khoảng 30 nm, thì với mức độ gồ ghề như trên, linh kiện tạo ra sẽ có xác xuất hoạt động rất thấp. Sự hình thành bề mặt ráp, thô và gồ ghề như vậy có thể do nhiều nguyên nhân, liên quan đến kỹ thuật tạo màng như tỷ lệ dung môi sử dụng, tốc độ quay v.v, tuy nhiên, có nguyên nhân mà chắc chắn sẽ xảy ra khi sử dụng kỹ thuật spincoating mà được giải thích bởi R. Konnenkamp và cộng sự [23]. Theo R. Konnenkamp, trong quá trình dung môi bay hơi, sau khi một lớp màng đơn lớp polymer đã tạo ra, các phân tử polymer sẽ va chạm vào nhau, tạo nên các đám (clusters) và hình thành các khoảng trống trên bề mặt đế. Chỉ khi nào phát triển với kích cỡ đủ lớn (kích cỡ giới hạn), các cụm này bao phủ bề mặt đế và hình thành lớp màng phủ kín toàn bộ mặt đế. Cluster trên hình 3.4 b. cho thấy, kích cỡ của nó vào khoảng 100 – 500 nm.
b. Phổ truyền qua, phổ hấp thụ
Tính chất hấp thụ, truyền qua của lớp màng hoạt quang có ý nghĩa quan trọng đối với chế tạo linh kiện. Trước hết, vật liệu chế tạo lớp quang hoạt phải có khả năng hấp thụ phần lớn bức xạ mặt trời. Việc khảo sát tính chất truyền qua, hấp thụ của màng cho phép đánh giá sơ bộ khả năng phù hợp làm lớp hoạt quang của vật liệu.
Phổ truyền qua, hấp thụ của màng MEHPPV trên đế thủy tinh được chỉ ra trong hình 3.5
Hình 3.5 - Phổ truyền qua và phổ hấp thụ của màng MEH-PPV
Đỉnh hấp thụ của màng MEH-PPV đo được tại bước sóng 508nm. So với giá trị lý thuyết (495) thì đỉnh hấp thụ này bị lệch về phía bước sóng dài khoảng 13nm, điều này có thể là do quá trình chế tạo đã tác động phần nào tới cấu trúc của polymer cũng như độ tinh khiết của màng.
c. Độ dày màng
Độ dầy của màng hoạt quang, theo tính toán lý thuyết, không nên lớn hơn 100 nm. Đối với pin đơn lớp, độ dày này càng phải nhỏ hơn để đảm bảo các exiton sinh ra tại mọi điểm bên trong màng có thể di chuyển đến vị trí phân tách – bề mặt biên giữa lớp hoạt quang và lớp điện cực. Độ dầy màng phụ thuộc vào tốc độ quay của đế, độ nhớt của dung dịch polymer, tốc độ bay hơi của dung môi, v.v. Giữ các điều kiện khác như nhau, tốc độ quay phủ càng tăng thì độ dầy của màng càng giảm (Bảng 3.2). Độ dày màng được khảo sát bằng phép đo Alpha Step (Hình 3.6)
Bảng 3.2 – Độ dày màng thay đổi theo tốc độ quay
Dung dịch Tốc độ quay (rpm) Độ dầy, (nm) MEH-PPV/dicloethan 2000 145 MEH-PPV/dicloethan 2500 87 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 0 20 40 60 Wavelength, nm A , % 50 60 70 80 90 100 T , %
Hình 3.6 – Kết quả đo độ dầy của màng MEH-PPV bằng thiết bị Alpha Step: a – màng ứng với tốc độ quay phủ 2000 rpm; b – màng ứng với tốc độ quay phủ 2500 rpm
d. Hệ số hấp thụ
Hệ số hấp thụ là đại lượng phụ thuộc vào chiều dầy của màng và có liên quan đến độ truyền qua bằng công thức sau.
dT
e (3.3)trong đó T là độ truyền qua, d là độ đày lớp màng, và α là hệ số hấp thụ của màng. Sử dụng công thức 3.3 cho số liệu độ truyền qua của lớp màng MEH-PPV độ dầy 87 nm, mối tương quan giữa hệ số hấp thụ và bước sóng nhận được như trong hình 3.7.
