Từ phổ phát quang của các màng tổ hợp polymer với nc-ZnO ở hình 4.10 ta thấy: Với bước sóng laser kích thích ở bước sóng 325nm thì các màng đều xuất hiện 2 đỉnh phổ gồm 1 đỉnh phổ của PVK ở các bước sóng 380 nm, 384 nm, 405 nm và 1 đỉnh phổ của MEH-PPV ở các bước sóng 557 nm, 560 nm, 580 nm. Như vậy các đỉnh phổ phát quang dịch chuyển về vùng bước sóng dài so với các đỉnh phổ hấp thụ tương ứng. Sự dịch phổ này thường được giải thích bằng độ dịch stokes do dao động của các phân tử. Hơn nữa, cường độ đỉnh phổ PVK có xu hướng giảm dần trong khi cường độ đỉnh phổ MEH-PPV thay đổi bất thường và các đỉnh phổ cũng có xu hướng dịch chuyển sang phải so với vật liệu polymer nền khi nồng độ nc-ZnO pha tạp vào tổ hợp polymer được tăng cường. Điều này có thể được giải thich bởi sự giảm rào thế Schottky ở các biên tiếp xúc hữu cơ –vô cơ và quá trình truyền năng lượng ..
F o rstergiữa PVK và MEH-PPV
(làm tăng cường hiệu ứng quang huỳnh quang). Cụ thể là PVK trong màng tổ hợp có chức năng truyền năng luợng cho MEH-PPV. Khi nhận năng lượng của ánh sáng kích thích, PVK có xu hướng tạo ra nhiều lỗ trống, đồng thời cũng sẽ tạo ra các điện tử. Các điện tử sẽ nhảy từ mức LUMO của PVK sang mức LUMO của MEH-PPV, các lỗ
trống sẽ nhảy từ mức HOMO của PVK sang mức HOMO của MEH-PPV. Lúc này, sự hình thành các cặp exciton sẽ là lớn hơn rất nhiều so với màng thuần polyme. TiO2 phân bố trên màng có tác dụng làm cho tiếp xúc biên giữa PVK và MEH-PPV tốt hơn, dẫn đến sự truyền điện tử - lỗ trống tốt hơn giữa hai polyme. [10], [26]-[28]
Đối với phổ phát quang của các màng tổ hợp polymer và nc-ZnO kích thích bởi laser ở bước sóng 442 nm, đỉnh phổ của PVK không xuất hiện, như vậy ở bước sóng kích thích này PVK không có tác dụng truyền năng lượng cho MEH-PPV nữa. Thay vào đó đỉnh phổ của MEH-PPV dần trơn hơn, đỉnh phổ thứ hai có cường độ thấp hơn của MEH-PPV dần mất đi. Từ kết quả phổ thu được ta thấy khi tăng nồng độ hạt nc-ZnO thì cường độ đỉnh phổ phát quang của MEH-PPV càng giảm. Có thể giải thích hiện tượng này thông qua cơ chế dập tắt huỳnh quang như sau. [26]-[28]
Hình a Hình b
Hình 4.10. Phổ phát quang (PL) của các màng PVK:MEH-PPV:nc-ZnO được kích thích bởi laser ở bước sóng a) 325nm và b) 442 nm
Hình 4.11. Sơ đồ mô tả tiếp xúc giữa ZnO với MEH-PPV trước và sau khi kích thích photon
Xét sơ đồ biên tiếp xúc vật liệu vô cơ/hữu cơ ở hình 4.11. Dưới tác dụng của photon, các điện tử trong nền polymer thuần nhất sẽ nhận được năng lượng kích thích đủ lớn để nhảy từ mức HOMO lên mức LUMO và để lại vùng HOMO một lỗ trống, tạo ta cặp điện tử-lỗ trống liên kết, gọi là exciton. Sự tái hợp của cặp điện tử-lỗ trống này tạo ra ánh sáng. Trong trường hợp có các hạt nano như ZnO thì các điện tử trong nền polymer sau khi nhận được năng lượng kích thích đủ lớn để nhảy từ mức HOMO lên mức LUMO sẽ khuyếch tán sang vùng dẫn của ZnO do mức năng lượng của vùng dẫn ZnO gần với mức năng lượng LUMO của polymer MEH-PPV. Như vậy có thể thấy rằng các hạt nanô ZnO đóng vai trò như bán dẫn loại n, truyền lỗ trống cho nền polymer và nhận điện tử từ polymer, còn polymer đóng vai trò như bán dẫn loại p. Trong trường hợp này tiếp xúc giữa các hạt nanô ZnO với nền polymer có vai trò giống như tiếp xúc p-n trong bán dẫn vô cơ. Khi tỷ lệ phần trăm khối lượng của ZnO trong tổ hợp tăng, diện tích tiếp xúc giữa các hạt nanô ZnO với nền polymer tăng, dẫn đến số lượng điện tích bị phân ly tại bề mặt tiếp giáp cũng như lượng điện tử quang phát sinh dịch chuyển từ nền polymer sang hạt nanô ZnO tăng. Dẫn đến số lượng các cặp điện tử - lỗ trống (exciton) trong nền polymer giảm dẫn đến xác suất tái hợp của cặp điện tử - lỗ trống giảm tức là giảm cường độ quang huỳnh quang. Do vậy hiện tượng dập tắt quang huỳnh quang càng thể hiện rõ rệt. [1]-[2]